ОТ АВТОРА Итоги научных исследований и обобщений зависят, конечно, от объема имеющихся исходных данных. Но эта зависимость не в полной мере сказывается на результатах исследований. Опыт гидрологической науки показывает, что недостаток фактических данных с той или иной степенью точности восполняется примененным методом исследований. Особенно ярко эта закономерность проявилась в годы первых пятилеток социалистического строительства в Советском Союзе, когда гидрологических данных было очень мало. Вместе с тем запросы хозяйства к гидрологии полностью удовлетворялись с помощью применявшихся тогда методов исследований. Необходимость такого подхода относится и к гидрологическим исследованиям водного баланса Земли и водных ресурсов. Результаты гидрологических исследований, особенно когда они относятся ко всему земному шару, из-за неравномерной информации по значительным частям Земли и в связи с некоторой ограниченностью знаний по отдельным звеньям круговорота воды и водного баланса существенно зависят от примененных методов исследования. По этой причине, имея в виду образное выражение А. И. Герцена о том, что метод является эмбриологией истины, я всегда в своих работах много внимания уделяю методической стороне проблемы. Предложенный мною дифференцированный метод изучения водного баланса послужил основой для приведенной в настоящей книге оценки и характеристики особенностей мировых водных ресурсов. Он позволил получить результаты, существенно отличающиеся от всех ранее полученных результатов, в том числе и мною, по мировому водному балансу и мировым водным ресурсам. Гидрологическая наука не может ограничиваться оценкой естественных свойств водных ресурсов. Важное значение имеют гидрологические преобразования, но не только констатация их последствий, а и прогнозы путей их дальнейшего развития. В связи с этой проблемой в книге также уделено внимание мето-
дологическим вопросам перспективных прогнозов состояния водных ресурсов, позволивших получить некоторые новые выводы о рациональных путях охраны водных ресурсов, улучшения водного компонента природной среды. Тем не менее я не склонен переоценивать точности полученных выводов о мировом водном балансе, о ресурсах пресных вод Земли, а также по перспективному прогнозу (приблизительно на 2000 г.) состояния мировых водных ресурсов. Последний я рассматриваю как характеризующий тенденцию, подсказывающий пути решения водной проблемы, учитывая не только современные запросы, но и требования будущего. Занимаясь проблемой мирового водного баланса и мировых водных ресурсов более Уз века и будучи в курсе того, что делается в этом направлении в нашей стране и за рубежом, я могу утверждать, что данная работа — это еще один существенный шаг на пути развития гидрологической науки. Для того чтобы сделать новые шаги в этом направлении, наряду с новой гидрологической информацией, которая, как уже отмечено, недостаточна для крупных частей земного шара, необходимо дальнейшее развитие методологии исследований. Вряд ли можно рассчитывать на существенное принципиальное движение вперед только за счет получения новых данных, вне методологических решений. Изменение числовых значений отдельных элементов мирового водного баланса не является еще достаточным признаком успешности исследования. Большую роль играет развитие методологии исследования, уровень которого служит основным критерием прогресса. Работа над проблемами мировых водных ресурсов и направлениями их использования и охраны потребовала изучения большого количества литературных источников. Но на источники, из которых черпались исходные данные для исследований водного баланса и водных ресурсов по примененным мною методам (например, на большое количество использованных источников о ежедневных расходах воды в реках, послуживших для определения подземного и поверхностного стока), как правило, ссылки в тексте не даются из-за их многочисленности и громоздкости. Однако все использованные для этих целей источники приведены в списке литературы. В этой книге обобщены результаты многолетних исследований автора. Использованы также материалы и данные, полученные автором и его сотрудниками в течение последних нескольких лет в отделе гидрологии Института географии АН СССР. Выражаю свою глубокую благодарность всем готовившим материалы, использованные в книге, помогавшим их техническому оформлению, а также рецензентам за ценные рекомендации по содержанию книги. -
ВВЕДЕНИЕ В книге рассмотрены три проблемы: мировой водный баланс, мировые ресурсы пресных вод и пути решения водной проблемы, основанные на перспективном прогнозе состояния мировых водных ресурсов. Над первой из них я начал работать в конце 30-х годов и посвятил ей монографию, завершенную в 1940 г., но опубликованную спустя пять лет, после Отечественной войны (Львович, 1945). Главным итогом этой монографии явилась первая карта стока рек земного шара, послужившая основой для расчетов мирового водного баланса и ресурсов пресных вод материков. Другой результат этой монографии— мировая типологическая карта водного режима рек, составленная по двум признакам: один из них — источники питания рек, другой — сезонная ритмичность их водности. За истекшее с тех пор время я неоднократно возвращался к этой проблеме, главным образом в связи с новой информацией о речном стоке, которая стала особенно обильной после второй мировой войны. По мере появления новых данных указанные карты уточнялись. Так возникли два дополнительных варианта карт мирового речного стока (Львович, 1960-в, 1964-а) и три варианта типов водного режима рек (Львович, 1956-а, 1964-6, 1967-6). Хотя указанная выше монография устарела и стала уже библиографической редкостью, я не считал возможным ее переиздание даже с обновленными картами, поскольку эти издания различались бы между собой главным образом объемом материалов, а в методологическом отношении были бы сходны. В конце 50-х годов мною был предложен новый метод изучения водного баланса, раскрывающий литогенное звено круговорота воды. Этот метод изменил принципиальный подход к изучению водного баланса не только в теоретическом, но и в практическом отношении. Он позволил взаимоувязанно, т. е. в соответствии с основными чертами процесса круговорота воды в природе, оценивать источники водных ресурсов, представляющих различные звенья этого круговорота. Таким образом, впервые появилась возможность определять возобновимые ре-
сурсы подземных вод, ресурсы подземного стока больших районов и речных бассейнов, которые в общем виде соответствуют подземным водам зоны активного водообмена, дренируемых реками. Благодаря этому открылся путь для оценки генетически разнородных частей речного стока, представляющих к тому же различную хозяйственную ценность, — подземный и поверхностный (паводочный) сток. Метод позволил также приближенно оценивать и другую часть литогенного звена круговорота воды — ресурсы почвенной влаги — в виде характеристики валового увлажнения территории, что в свою очередь дало возможность рассматривать этот важный компонент плодородия почвы не только с позиций почвоведения, агрометеорологии и агрономии, но и с позиций гидрологии, которая не может остаться в стороне от изучения влажности почвы как одного из звеньев круговорота воды и элементов водного баланса. Важная составная часть указанного метода-—структурные кривые водного баланса, раскрывающие теоретические стороны водного баланса территории и позволяющие установить его зональные закономерности. Структурные кривые послужили основой для составления интерполяционных зависимостей, используемых в тех случаях, когда районы в гидрологическом отношении не изучены или слабо изучены. Подобные интерполяционные кривые применялись и раньше, и я ими широко пользовался. Но эти кривые отражали не вполне оправданные в теоретическом отношении зависимости стока от осадков и температуры воздуха. Зональные факторы, чрезвычайно четко характеризующие комплекс условий формирования водного баланса, оказались более надежными для интерполяционных целей. Этот прием способствовал более точной оценке речного стока и других элементов водного баланса для неизученных или слабоизученных в гидрологическом отношении районов Земли. • Указанный метод изучения водного баланса территории и балансовой оценки водных ресурсов получил довольно широкое распространение. Он был применен для СССР, Болгарии, Румынии, части Югославии. После десяти с лишним лет его апробации в СССР и указанных странах автор пришел к выводу о реальной возможности и практической целесообразности его использования для земного шара в целом. Карты элементов водного баланса материков земного шара и всей суши в целом были составлены под моим руководством в отделе гидрологии Института географии АН СССР группой в составе: Н . Н . Д р е й е р (СССР и Северная Америка), Г. Я. Карасик (Африка и Южная Америка), Г. М. Николаевой (Юго-Восточная Азия), Г. М. Черногаевой (Европа и остальная часть зарубежной Азии). Д л я каждого материка были получены комплекты карт по следующим элементам и показателям: полного
речного стока, подземного стока в реки, поверхностного (паводочного) стока, валового увлажнения территории, испарения, коэффициента питания рек подземными водами, обеспеченности основными водными ресурсами (полным речным и подземным стоком) на душу населения для каждой из стран. Итоги исследования опубликованы в двух монографических выпусках, каждый из которых посвящен водному балансу одного из материков (Карасик, 1970, 1974; Черногаева, 1971) и в ряде статей упомянутых выше авторов. В связи с распространенными представлениями о том, что ресурсами пресной воды являются стационарные запасы соответствующих частей гидросферы, балансовая оценка водных ресурсов особенно важна. Исходя из того факта, что объем стационарных запасов пресных вод на Земле составляет всего лишь около 0,3% общего объема гидросферы, некоторые авторы выдвигают концепцию ограниченных возможностей развития человечества или связывают с этим фактом необходимость уменьшения потребления природных ресурсов. Эта предпосылка послужила основанием для высказываний о необходимости замены традиционных ресурсов пресных вод (речных и подземных) другими источниками, например опресненными морскими водами или водой (льдом) полярных ледников путем транспортирования айсбергов. Ниже будет рассмотрен водохозяйственный аспект этих высказываний. В связи же с проблемой ресурсов пресных вод и отмеченной переоценкой значения стационарных вековых запасов, которым в основном принадлежит второстепенная роль, в настоящем труде основное внимание уделено динамическим водным ресурсам, непрерывно возобновляемым в процессе круговорота воды. Именно они представляют собой главный источник ресурсов пресных вод. Об этом говорит и весь многовековой опыт использования водных ресурсов. Достаточно сказать, что единовременный стационарный запас воды в руслах рек всего мира в настоящее время мог бы обеспечить нужды человечества в течение 7г года. Вместе с тем из рек в значительных количествах черпается вода в течение многих веков, и ее запасы в основном (за вычетом безвозвратно расходуемой воды) остаются прежними. Все дело в том, что объем речного стока, возобновляемого в процессе круговорота воды, в 30 с лишним раз превышает стационарные запасы в речных руслах. При этом речной сток возобновляется непрерывно, так же как непрерывно действует механизм круговорота воды. Высокая активность водообмена характерна для рек и всех других источников пресных вод. Такое естественное свойство ресурсов пресных вод, характеризующее их основную черту, представляет большое благо Для человечества, так как позволяет людям постоянно черпать из отдельных звеньев круговорота необходимую им воду. Ис-
точники пресных вод практически неисчерпаемы, если, конечно, не нарушать круговорот и не вносить в него несвойственные ему черты (например, загрязнять воду), что, как мы увидим в дальнейшем, служит главной причиной ясно наметившегося истощения водных ресурсов. Система предложенных мною уравнений водного баланса, положенных в основу дифференцированного метода, и применение этого метода для изучения мирового водного баланса и балансовой оценки ресурсов пресных вод позволили реально доказать единство вод на Земле, о чем говорил еще В. И. Вернадский. Существуют, однако, два аспекта такого единства. Его исторический аспект связан с происхождением гидросферы — выделением воды в процессе дегазации магмы и вулканической деятельности Земли. В результате этого процесса объем гидросферы растет, но очень медленно. Достаточно сказать, что гидросфера формировалась приблизительно в течение трех-четырех миллиардов лет. Этот процесс увеличения объема гидросферы, продолжающийся и в настоящее время, в какой-то мере тормозится диссоциацией молекул воды и диссипацией их в космос. Оба этих процесса служат основными элементами баланса гидросферы в геологическом разрезе времени. Другой аспект — современное единство, обусловленное круговоротом воды, в процессе которого все части гидросферы объединены основными динамическими силами, приводящими в движение систему круговорота, — теплом и силой тяжести. Первая из этих движущих сил служит причиной испарения воды и конденсации паров, вторая — гравитационного движения воды от выпадения дождя, фильтрации, стока воды по поверхности Земли, а также в почве и в горных породах до движения паров в атмосфере и воды в океане. Современные представления о единстве вод — одно из величайших достижений мысли и труда человека, в основе чего лежит управление отдельными звеньями круговорота воды. Например, в результате воздействия на почвенную влагу преобразуется речной сток. Гидромелиорации — орошение и осушение— представляют собой наиболее высокие формы управления ресурсами почвенной влаги в целях создания оптимальных условий плодородия почвы, поскольку оно зависит от обеспеченности почвенной влагой. Вместе с тем в последнее время положено начало усилению литогенного звена круговорота воды путем ее магазинирования в подземных горизонтах, по существу путем создания подземных водохранилищ. В будущем, возможно уже в первой трети следующего столетия, несомненно, откроются пути макровоздействий на другие звенья круговорота — атмосферное и океаническое. Расширенное воспроизводство — понятие, которое я предлагаю ввести в теорию и практику водного хозяйства, представ-
ляет собой крупное достижение человечества, позволяющее умножать наиболее доступные и важные для людей виды водных ресурсов (устойчивый речной сток, подземный сток, почвенная влага) в значительной мере за счет потенциальных или ограниченно пригодных для использования ресурсов поверхностного стока и паводочных вод. Следовательно, в данном случае под расширенным воспроизводством понимается не абсолютное увеличение водных ресурсов на Земле, а выгодное для людей перераспределение их между отдельными источниками. Расширенное воспроизводство водных ресурсов, осуществляемое различными приемами их преобразования, как это понятно, служит целям их использования и улучшения этого компонента среды, окружающей людей. Но процесс использования по существу представляет собой одно из звеньев круговорота. Хозяйственное звено тесно связано с естественными звеньями и чаще всего сочетается с ними, но вместе с тем оно обладает своими особенностями. Использование водных ресурсов считалось делом водохозяйственников. Роль гидрологов была важна и существенна, но она в основном заключалась в кадастровых работах, расчетах максимальных расходов воды или речного стока различной обеспеченности, а также динамики речного русла и т. п. Другое направление прикладной гидрологии — прогнозы состояния гидрологического режима, которые служат для решения различных практических задач. Однако деятельность гидрологов еще недавно почти не распространялась на планирование использования водных ресурсов, на решение принципиальных задач их охраны. Гидрологи, как правило, не участвовали также в решении региональных комплексных проблем. Эти задачи решали водохозяйственники, гидротехники, санитарные врачи и другие специалисты, а к гидрологам обращались они лишь за всевозможными справками и расчетами. По существу гидрологи далеко не всегда пользовались правом голоса в выборе принципиальных направлений и путей решения водохозяйственных задач. В этой мысли раскрывается, как мне представляется, действительное состояние значительной части гидрологии, но сделанный вывод, конечно, не распространяется на теоретические разделы гидрологии, которые развивались самостоятельно и полнокровно. Именно благодаря этому гидрология на протяжении восьми—десяти истекших десятилетий сложилась в науку, в основе которой лежит изучение круговорота воды и связанного с ним вещественного обмена (твердый и ионный сток). Теперь стала очевидной необходимость внимания гидрологов к вопросам использования водных ресурсов и их охраны. Гидролог, работая в этом направлении, не должен, конечно, подменять водохозяйственников и экономистов по водному хозяйству. Но гидролог при совместной работе с указанными спе-
циалистами может внести свой вклад в комплексное решение водных проблем, поскольку они зависят от естественных свойств водного баланса и гидрологического режима. Этому учит весь предшествующий опыт, анализ которого показывает, что в ряде случаев водохозяйственные решения могли бы быть еще более эффективными, чем это имело место в некоторых случаях. Особенно это относится к прогнозам последствий некоторых гидрологических преобразований, решаемых водохозяйственными средствами, и, вероятно, в большей мере к тем намеренным или ненамеренным гидрологическим преобразованиям и изменениям, которые осуществляются не путем непосредственного воздействия на водные ресурсы, а воздействием на другие компоненты природы, особенно на почву и растительность. Чрезвычайно важно заранее предвидеть все многообразие последствий таких преобразований, что обычно бывает весьма сложно, особенно когда речь идет о последствиях, отдаленных как в цепи природных взаимосвязей, так и во времени. Д л я прогнозов таких последствий необходимы глубокие знания процесса круговорота, его отдельных звеньев и взаимодействия вод с другими компонентами природы. Кроме того, требуются знания природных особенностей водных ресурсов, а также особенностей их комплексного использования и охраны. В последние годы для решения этих задач в гидрологии стало четко намечаться ресурсное направление, которое создает дополнительные, более тесные связи гидрологии с водным хозяйством. При этом желательно, конечно, чтобы это направление развивалось не стихийно, как это преимущественно было в прошлом, а плановым порядком. Д л я этой цели необходима соответствующая подготовка гидрологов ресурсного направления в университетах и гидрометеорологических институтах, а также специализация их в системе аспирантуры. В формировании ресурсного направления, по-видимому, нуждается и водохозяйственная наука, включая и ее экономическую часть. Современные специалисты по водному хозяйству чаще всего связаны с какой-либо отраслью водного хозяйства — гидроэнергетикой, мелиорацией, водоснабжением, судоходством. Специалистов-комплексников по водному хозяйству еще весьма недостаточно. По этой причине требуется внимание к подготовке водохозяйственников-комплексников, основой которой также должно явиться водоресурсное направление. Приведенные общие соображения о необходимости развития водоресурсного направления в гидрологии говорят о том, что гидролог, признающий такое направление и правильно оценивающий его роль в водном хозяйстве и в хозяйстве в целом (поскольку вода является своего рода сырьем, важным почти для всех отраслей хозяйства), не может ограничить свое исследование гидрологическими аспектами водных ресурсов. Вполне естественно, что следующим шагом в этом направле-
нии является рассмотрение общих принципиальных проблем и с п о л ь з о в а н и я и охраны водных ресурсов, которым посвящена т р е т ь я часть этой книги. С ростом населения и развития народного хозяйства территорий, плохо обеспеченных водными ресурсами, становится все больше. Высказывается мнение о том, что близится время, когда традиционные источники водных ресурсов — речные и подземные воды — будут исчерпаны, и что в связи с этим нужно искать другие, отличающиеся от современных пути обеспечения нужд человечества в воде. Нельзя сказать, что подобные высказывания лишены основания. В решении важных для человека проблем использования и охраны водных ресурсов допускается немало просчетов, главный из которых — загрязнение в больших масштабах рек и озер. Именно в этом заключается основная угроза истощения водных ресурсов. Каждый кубометр сточных вод, сброшенный в реки, загрязняет в десятки раз больше чистых речных и озерных вод. Воды может быть много, но если она загрязнена, то пользы от такой воды мало: ее нельзя использовать, она угрожает здоровью людей. Д л я того чтобы определить пути использования и охраны водных ресурсов, пути наиболее полного обеспечения людей и хозяйства водой высокого качества, необходимо заглянуть вперед, проанализировать, как современные методы решения водохозяйственных проблем отразятся на состоянии водных ресурсов будущего. Такой анализ убеждает в том, что продолжение сложившейся в прошлом практики водного хозяйства неизбежно приведет к серьезным трудностям в деле обеспечения многообразных растущих потребностей людей в водных ресурсах. Вместе с тем часто высказывается необоснованное мнение о том, что нет необходимости существенно изменять современные принципы использования и охраны водных ресурсов. И з такой предпосылки исходят, например, авторы плана использования водных ресурсов в США на 2000 г. (Ландсберг и др., 1965), хотя по этой причине и приходят к неудовлетворительным результатам в отношении обеспечения своей страны водными ресурсами. С развитием химической, нефтяной, горнорудной и других весьма водоемких отраслей промышленности, с ростом городов, с увеличением расходования воды на производство продуктов растениеводства проблема обеспечения водой весьма усложняется. Чтобы предотвратить истощение водных ресурсов, требуется принципиально другой подход к решению водохозяйственных проблем, отличающийся от подхода, применявшегося в прошлом, когда задачи, связанные с удовлетворением потребностей в воде, решались сравнительно просто, так как спрос на нее был значительно меньше.
Весь опыт прошлого говорит, что отношение к водным ресурсам как к неисчерпаемому дару природы требует коренного изменения. Водные ресурсы действительно неисчерпаемы, но только при чрезвычайно бережном их использовании, при самом серьезном отношении к их охране. При неправильном же их использовании, пренебрежении к вопросам их охраны онн очень легко и быстро истощаются. Чрезвычайно важно привести потребности в водных ресурсах в соответствие с их наличием. В целом ряде районов Земли такого соответствия нет: потребности в воде превышают естественные возможности. Что же касается мер по расширенному воспроизводству водных ресурсов, то и их возможности не беспредельны. Вот почему водоемкость хозяйства — один из важных показателей уровня экономики. Но водным ресурсам принадлежит также большое неэкономическое значение как компоненту среды, окружающей человека. Нередко считается, что разрешить водную проблему может применение какой-либо одной меры. В одних случаях предлагают опреснение морской воды, в других — очистку сточных вод или переброску воды из районов, где она в избытке, в районы бедные или с истощенными водными ресурсами и т. д. Все эти меры хороши, но лишь как частные элементы широкого комплекса разносторонних целенаправленных мер. Я не считаю возможным решение водной проблемы какойлибо одной мерой и стремлюсь показать, что водный кризис вполне реально можно предотвратить только применением совокупности мер технического, биологического, экономического и организационного характера. Для того чтобы показать на конкретных примерах, какие принципы, положенные в основу развития водного хозяйства, могут обеспечить будущие потребности в воде при существенном росте населения и развитии хозяйства, необходимо исходить из плановых предположений. Я, конечно, не претендую на точность прогноза, ориентируемого примерно на 2000 г. Д л я нас важно оценить возможности обеспечения водными ресурсами населения, а также сельского хозяйства и промышленности какого-то гораздо более высокого уровня развития, чем в настоящее время. Рано или поздно наступит такая ситуация, при которой водное хозяйство должно будет решать проблему обеспечения водой в масштабах, значительно больших, чем в наши дни. Выводы о принципиальных направлениях развития водного хозяйства, о технической политике использования и охраны водных ресурсов в большой степени зависят от перспективного прогноза, от примененной для его составления методологии. В последние годы появилось много прогнозов, в основу которых положена простая экстраполяция количественного роста расходования водных ресурсов. Она исходит из практики, сложив-
шейся в течение одного-двух истекших десятилетий. При этом нормативы и другие принципиальные положения использования и охраны водных ресурсов, сложившиеся в прошлом, переносятся без существенных изменений на будущее, т. е. практически на несколько десятилетий вперед. Такой подход прост, но в такой же мере и ненадежен, причем степень недостоверности растет по мере удлинения срока прогноза. При прогнозе (планировании) на пяти-десятилетний срок достоверность будет наиболее высокой, но при прогнозе на два-три десятилетия и более она резко снижается. Прогнозы должны строиться на принципах динамики прогресса, без чего нельзя получить сколько-нибудь правильного представления о развитии водного хозяйства (как и любой другой отрасли хозяйства) в условиях будущего. По мере удлинения сроков прогноза степень его детализации должна уменьшаться, так как его достоверность в таком случае снижается. Укрупненные показатели дают меньше оснований для существенных просчетов. Более того, в основу перспективных прогнозов должно быть положено минимальное число главнейших принципов, но диктующих развитие возможно большего числа показателей хозяйства. Этому учит ленинский план ГОЭЛРО — первый перспективный план развития социалистического хозяйства, в качестве методологической и практической основы которого, как известно, была принята электрификация страны. С электрификацией было связано развитие всего хозяйства в целом. В данном случае именно в этом выражалась динамика технического и социального прогресса на перспективу. Такой подход к перспективным прогнозам наиболее сложен, но именно он обеспечивает достоверность прогноза. Погрешности, по-видимому, неизбежны, но важно не допустить крупных, принципиальных просчетов, правильно нацелить развитие использования и охраны водных ресурсов по общим проблемам. Над разработкой таких проблем мне со своими сотрудниками пришлось работать в течение ряда лет. В итоге намечены те узловые вопросы методологии перспективных прогнозов, из которых вытекают главные моменты технической политики использования и охраны водных ресурсов. С основными выводами по этой проблеме я выступил в 1961 г., а в дальнейшем, развивая эту работу, сделал первую приближенную попытку прогноза состояния мировых водных ресурсов на 2000 г. (Львович, 1967, 1969) и наконец выступил (совместно с Н. И. Коронкевичем) с аналогичным прогнозом по СССР (Львович, Коронкевич, 1971). Что наиболее важно подчеркнуть в этих прогнозах? Вопервых, наиболее эффективные пути преобразования водных ресурсов, экономии воды в промышленности вплоть до перевода значительной части производства на «сухую» и «безотходную» технологию. Во-вторых, всемерное сокращение и в перс-
пективе прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы. Это предложение исходит из необходимости отказа от использования рек и водоемов для удаления и обезвреживания сточных вод — практики, которая сложилась в прошлом, когда объем промышленного производства и размеры канализованных городских сточных вод были значительно меньше современных и тем более намного меньше ожидаемых в будущем. При этом решение проблемы не ограничивается только прекращением сброса сточных вод в реки и водоемы. Дело в основном заключается в повторном использовании сточных вод для самых разнообразных целей в дополнение к сказанному выше о снижении водоемкости промышленности. Повторное использование сточных вод позволяет устранить тот вред, который они приносят людям, и в какой-то мере превратить их в производительную силу. С этим связана переориентировка очистки сточных вод, которая теперь рассматривается как средство, допускающее их сброс в реки и водоемы. Очистка должна служить средством повторного использования сточных вод, которые должны миновать в своем круговороте реки и водоемы. В-третьих, необходимо считать одной из главных проблему водного компонента среды, окружающей людей. С этим связано соответствующее место, которое должна занять вода для здоровья и комфорта людей. Вода как один из компонентов природной среды неотделима от водных ресурсов как средства решения экономических задач. Однако хотя и не вполне четко, но такая граница проводится, что служит не только теоретическим целям, но и подсказывает пути практического решения проблемы сохранения и улучшения гидросферы. Проблема водной среды тесно переплетается с основными проблемами биосферы. Речь идет не только о водных организмах и повышении биологической продуктивности рек, водоемов и морей, но и об оптимальном решении цепи вопросов, связанных с водой как элементом плодородия почв, в целях повышения урожаев культурных растений и для роста продуктивности лесов и лугов. В-четвертых, наш перспективный прогноз исходит из ряда таких теоретических принципов и мер, как охрана водных ресурсов, в основном в процессе использования взамен современного ее положения в качестве надстройки, которое занимает охрана водных ресурсов в системе современных водоохранных мер. Это значит, что задачи охраны необходимо решать не столько запретами, сколько путем правильного, рационального использования, в котором должны быть заложены водоохранные меры. Таким образом, охрана водных ресурсов в процессе их использования должна начинаться с профилактики. Такой подход, несомненно, должен сыграть большую роль, так как ликвидирует неоправданное разделение функций использования водных ресурсов, с одной стороны, и их охраны — с другой. К этой группе вопросов относится и воспитание людей в духе
бережливого отношения к природе, и преодоление психологического барьера, связанного с переориентировкой отношений к водным ресурсам как неистощимому дару природы. Решение всех этих вопросов связано, конечно," с социальными факторами. Осуществление названных мер наиболее реально в условиях планируемого и строго координируемого хозяйства социалистических стран, где созданы все необходимые предпосылки для правильного, целенаправленного решения сложных вопросов по охране водных ресурсов. Многое в этом направлении уже осуществляется. Задача книги в целом — ответить на вопросы: мало или много воды на Земле и угрожает ли человечеству водный кризис? Как видно из сказанного, нельзя однозначно ответить на эти вопросы. Это усложняется значительным количеством высказываний в литературе о том, что воды мало, что поэтому якобы неизбежен водный кризис. Некоторые из этих высказываний упоминались, но нет смысла разбирать их подробно, так как пессимизм часто обусловлен чисто эмоциональным характером авторов и недостаточно научно обоснован. Наиболее ярким проявлением пессимизма могут служить взгляды некоторых авторов, считающих, что рост населения и развитие экономики будут ограничиваться недостатком пресной воды. Упомяну, например, об увлекательно написанной книге Р. Фюрона (1966), считающего, однако, что водные ресурсы Земли могут обеспечить потребности людей лишь ограниченной численности. В последнее время появляется также все больше высказываний о том, что улучшение природной среды, включая и ее водный компонент, требует сокращения потребления продуктов производства. Но такой подход, имеющий в некоторых случаях основание, не может быть принят безоговорочно. Действительно, если ограничения относятся к излишествам в потреблении продуктов производства, то такой путь не вызывает возражений. От расходования воды, не вызванного интересами широкой общественности, следует, конечно, отказаться, но расходование воды и других естественных ресурсов, связанное с ростом благосостояния людей, не подлежит сокращению, а, наоборот, нуждается в развитии. Не следует забывать, что около Уз населения земного шара недоедает, а значительная часть его не обеспечена надлежащими жильем и одеждой. Д л я удовлетворения таких потребностей сотен миллионов людей необходим соответствующий рост производства, всемерное увеличение потребления продуктов сельского хозяйства и промышленности. В таких условиях не может быть речи об ограничении развития экономики. Дело в том, что любые масштабы ее развития можно почти повсеместно приспособить к имеющимся водным ресурсам, используя пути их расширенного воспроизводства, не допуская при этом ухудшения водного компонента природной среды.
Научный подход к решению сложной водной проблемы несовместим ни с необоснованным пессимизмом, ни с чрезмерным оптимизмом. Анализ всех «за» и «против» приводит к выводу о том, что водный кризис действительно может возникнуть, и в некоторых районах, богатых водными ресурсами по естественным условиям, он уже наступил, но вовсе не потому, что такая ситуация неизбежна. Все дело в том, что некоторые принципы использования и охраны водных ресурсов, сложившиеся в прошлом, как уже отмечалось, не соответствуют современным условиям. Поэтому, чем дольше они останутся неизменными, тем больше будет углубляться несоответствие между сложившейся практикой и требованиями современности, а также нуждами будущего. Отсюда следует ответ на поставленный вопрос: да, при сохранении сложившихся принципов использования и охраны водных ресурсов водный кризис неизбежен. Однако научный конструктивный подход показывает, что такая перспектива вовсе не является фатально неизбежной. Изменив свое отношение к воде, отказавшись от устаревших принципов и заменив их более рациональными, соответствующими условиям современного и будущего хозяйства и требованиям жизни людей, водный кризис вполне реально можно предотвратить. Таким образом, основной вывод по данной проблеме заключается в том, что имеющихся на Земле водных ресурсов вполне достаточно (учитывая возможности их расширенного воспроизводства), чтобы обеспечить всевозрастающие потребности людей практически в течение неопределенно продолжительного времени. Но для этого уже сейчас необходимо приступить к осуществлению рассчитанного на два-три десятилетия плана всемерной интенсификации водного хозяйства, к повышению его уровня на основе технической политики, подсказываемой условиями будущего. Нередко высказывается мнение об экономических трудностях проведения в жизнь такого плана. Конечно, затраты необходимы, притом немалые. Однако есть основания считать, что эти затраты в целом будут ниже, чем при осуществлении мер охраны на основе прежних принципов. Причем эффективность водохозяйственных мероприятий, направленных на правильное использование водных ресурсов, весьма повысится, если иметь в виду не только удовлетворение потребностей экономики в воде, но и сохранение среды, даже более того — ее улучшение и управление ею в целях здоровой и радостной жизни. Вполне очевидно, что такого результата можно достигнуть комплексным решением проблемы, т. е. при внимании и к другим компонентам природной среды, окружающей людей: чистоте атмосферы и достаточному восполнению в ее составе кислорода, охране почвы, включая такие проблемы, как ее чи-
стота и сохранение от эрозии и дефляции, наконец, состоянию биосферы — росту продуктивности биомассы, сохранению и умножению растительного и животного мира. В этих направлениях в Советском Союзе предпринимаются большие усилия. На проблему охраны природных ресурсов, охраны природы обращено внимание на XXIV съезде КПСС. В 1972 г. в программу работы четвертой сессии Верховного Совета СССР был включен вопрос «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов». Обстоятельный доклад по этому вопросу, заслушанный на сессии, был посвящен мерам, предпринимаемым в СССР по охране природы, и прогрессу, достигнутому в этом направлении (Кириллин, 1972). Вместе с тем было отмечено, что преимущества, которые созданы социалистическим общественным строем в деле лучшего использования природных ресурсов и охраны природы, мы реализуем еще не полностью. Международное сотрудничество дает возможность повысить эффективность мер по охране водных ресурсов, предпринимаемых отдельными странами. В первую очередь это относится к речным бассейнам, в пределах которых расположено два или несколько государств. Использование водных ресурсов стран, расположенных ниже по течению реки, зависит от использования и охраны речных вод в странах, расположенных выше по течению. Это относится к количеству расходуемой воды, но в еще большей мере — к ее загрязнению. Можно было бы привести много примеров для иллюстрации важности международного сотрудничества по этой проблеме. К числу наиболее ярких примеров, свидетельствующих о еще недостаточной координации необходимых усилий, относятся, по-видимому, бассейны рек Дуная и Рейна. В каждом из них находится несколько стран, сосредоточено много населения и высоко развита экономика. Все страны сбрасывают в реки сточные воды, в некоторых случаях очень слабо очищенные или вовсе не очищенные. В итоге, особенно в нижнем течении этих рек, вода существенно загрязнена, и в печати все чаще появляются сообщения о невозможности ее использования. Почти все загрязнения речных вод в конечном счете попадают в океан, который теперь не свободен от загрязнений. Пятна нефти обнаруживаются на поверхности воды д а ж е в центральных частях Атлантического и Тихого океанов. Продолжающийся сброс сточных вод в реки и непосредственно в моря, несомненно, грозит океану более глубокими и необратимыми последствиями. Процесс испарения с океана и с суши прерывает цепь загрязнения природных вод: испаряющаяся вода (пары атмосферы), как правило, чиста, а загрязнения остаются и накапливаются в последнем звене жидкой фазы круговорота воды. Прервать эту цепь загрязнения и накопления весьма медленно окисляемых в воде нечистот возможно устранением глав-
ной причины загрязнения океана — прекращением сброса сточных вод в реки. Наконец еще один аспект международного сотрудничества — обмен методическим и практическим опытом, а также содействие развивающимся странам в деле рационального использования и охраны водных ресурсов. Эта книга относится к монографиям, посвященным конструктивной географии. Направление конструктивной географии (Герасимов, 1966) я считаю весьма важным и плодотворным. Любые научные исследования, даже теоретические, как бы они ни стояли далеко от прикладных решений, не могут в конечном итоге не предусматривать конструктивных аспектов данной проблемы. Опыт научной работы такого направления говорит о том, что содержание теоретического исследования подвергается тем или иным коррективам, когда ученый доводит свою научную работу до прикладного решения. Но теория должна идти впереди практики, прикладные же аспекты научных исследований служат не только прямым практическим целям, но и оплодотворяют теорию. Любые водохозяйственные мероприятия, будь то гидротехническое сооружение или мелиоративная система, как это уже отмечено, неизбежно связаны с вмешательством в ход естественных природных процессов. Д л я того чтобы предвидеть последствия подобных мер, необходимо глубокое и всестороннее знание природы, всех ее компонентов и, что едва ли не главное, многообразных форм и последствий их взаимодействия между собой. В этом заключается одна из наиболее сложных л ответственных задач гидрологической науки.
ЧАСТЬ I
МИРОВОЙ ВОДНЫЙ БАЛАНС
ГЛАВА I
ГИДРОСФЕРА Гидросфера изучается с нескольких точек зрения: во-первых,, в связи с происхождением Земли и земной коры; во-вторых, как компонент геохимических процессов; в-третьих, как среда возникновения жизни и т. д. В данном случае нас интересуют гидрологические процессы и явления гидросферы, а также гидросфера как источник, дающий начало водным ресурсам, или как источник этих ресурсов. Общепринятое и, как я полагаю, наиболее обоснованное определение понятия «гидросфера» — прерывистая водная оболочка Земли. По некоторым прежним представлениям, рамки гидросферы ограничивались Мировым океаном. Поскольку океан един, постольку гидросфера прежде не нуждалась в таком определении. Но воды рек и озер, так же как и подземные воды, являются составными частями гидросферы. А эти воды в отличие от океана дискретны. Отсюда и появляется необходимость определения гидросферы как прерывистой оболочки. Замечу, что противопоставление дискретности вод речной сети, озер и подземных вод континуальности океана не лишено условности, поскольку относится к стационарному состоянию гидросферы, чего в природе не существует. Гидросфера отличается высокой динамичностью, движущей силой которой служит круговорот воды. Этому грандиозному процессу на Земле посвящена отдельная глава. Поэтому следует в понятие о гидросфере ввести определение ее динамичности, подвижности. По некоторым представлениям, гидросфера, включающая океан и воды суши, определяется как воды Земли, находящиеся между атмосферой и литосферой. Такое представление о гидросфере сужает понятие о ней, ограничивает ее искусственными рамками, так как подземные воды связаны с поверхност-
ными: они питаются водой с поверхности и, как известно, образуются в результате процессов инфильтрации и фильтрации. Кроме того, подземные воды зоны активного водообмена питают реки, озера и моря. Следовательно, они являются неотъемлемой частью поверхностных вод Земли — океана и поверхностных вод суши. В той же мере это относится к атмосферной воде — парообразной влаге. И эта вода по своему происхождению и по ее роли в образовании поверхностных и подземных вод является также взаимосвязанной частью гидросферы. Из сказанного следует, что понятие «гидросфера» равнозначно понятию о всех свободных водах Земли. Свободных в том смысле, что воды гидросферы не связаны химически и физически с минералами земной коры, т. е. могут двигаться под влиянием гравитационной силы, а также под влиянием тепла. В понятие «движение» входит и переход воды из одного агрегатного состояния в другое. Переход воды через парообразную фазу служит механизмом естественного опреснения воды. Происхождение гидросферы связывается с дегазацией воды из мантии Земли, в которой содержится около 2-Ю 25 г воды (Виноградов, 1963), или 20 млрд. кмг. Из приведенного определения гидросферы и ее краткой характеристики видно, что эта сфера Земли находится в тесной взаимосвязи с другими сферами — литосферой, атмосферой и биосферой. Связь гидросферы с земной корой происходит посредством подземных вод, а с мантией Земли-—как с ее генетическим источником. Атмосферные воды (парообразная влага) связывают гидросферу с атмосферой. Гораздо сложнее взаимодействие гидросферы с биосферой. Общеизвестно, что большую часть живых организмов — растений и животных — составляет вода, но общая масса воды как часть органического мира незначительна относительно объема гидросферы, и не по этому признаку следует судить о биологической роли воды. В данном случае взаимосвязь гидросферы с биосферой гораздо сложнее, чем с литосферой и атмосферой. Важный фактор — участие воды в биологических процессах, начиная от возникновения жизни. Следует «исключить совершенно сухие участки из числа мест зарождения жизни и рассматривать жизнь как явление, присущее лишь гидросфере», и «жизнь в сущности есть производное воды», — писал Д. Бернал (1969, стр. 184). В своей теории происхождения жизни на Земле этот автор в значительной мере следует теории А. И. Опарина (1941). Другое значение воды — образование при ее участии в процессе фотосинтеза органического вещества — основы животного мира и почвообразования. При этом выделяется кислород, которым дышат люди и животные и который является основой для" распространенных в природе и важных для обмена веществ окислительных процессов. Далее, вода с биосферой связана
процессом транспирации, который мы относим к биологическому звену круговорота воды (см. гл. II, стр. 55—62). Переходя к количественной характеристике гидросферы, следует отметить, что представления по этому вопросу имеют свою историю, обзор которой довольно полно освещен в литературе, поэтому отсылаю читателя к основному из таких источников (Федосеев, 1967). Об объеме гидросферы дают представление данные, помещенные в табл. 1. Таблица 1 Гидросфера Объем воды, тыс. км3
Части гидросферы
Мировой океан . . . . Подземные воды . . . В том числе зоны активного водообмена Ледники Озера Почвенная влага . . . Пары атмосферы . . . Речные воды Итого
.
.
.
! 370 323 60 000 4 000 24 000 280 * 85** 14 1,2 1 454 193
% от общего объема
93,96 4,12 0,27 1,65 0,019 0,006 0,001 0,0001 100
* В том числе около 5 тыс. км3 воды в водохранилищах. ** В том числе около 2 тыс. км3 оросительных вод.
Весь объем гидросферы, по современным подсчетам, несколько превышает 1,4 млрд. км3. Точность современных представлений об объеме гидросферы колеблется в пределах около 50 млн. кмъ, что соответствует 3% объема гидросферы. Такая сравнительно высокая точность связана с наиболее надежным определением объема Мирового океана, составляющего почти 94% всего объема гидросферы. Действительно, за полувековой период, со времени появления эхолота, промеры морских глубин приобрели настолько массовый характер, что довольно точные вычисления объема даже наиболее отдаленных от суши частей океана не связаны с какими-либо затруднениями методологического характера. Теперь это уже в большей мере стало вопросом вычислительной техники. По последним данным, объем воды 3 М и р о в о г о океана немного превосходит 1 370 млн. км при его площади 361,3 млн. км3 и средней глубине 3790 м. Близкие к этой глубины были определены в последней четверти прошлого века. Так, Д ж . Меррей уже в 1888 г. определил среднюю глубину океана лишь на 14 м больше современной, а наш соотечественник А. Тилло (1889), известный ученый, составивший первую
карту падения рек Европейской России, в результате тщательных измерений оценил среднюю глубину океана в 3803 м. Объем воды океана, точно соответствующий установленному в настоящее время, почти 80 лет назад определил Карстен (Федосеев, 1967). Затем более полувека назад такие же данные получил Э. Коссина (Kossinna, 1921). Как показали недавние определения (Степанов, 1961), в которых уже были использованы массовые измерения глубин эхолотом, данные Э. Коссина были подтверждены почти без изменений. Но параллельно с этими данными в литературе неоднократно появлялись устаревшие. Например, в известной книге А. В. Огиевского (1951) объем воды океана оценен в 1 304 млн. км3, в работах Р. Нейса (1964, 1968) — в 1 320 млн. км3, а в книге Р. Фюрона (1966) — д а ж е в 1 200 млн. км3, т. е. на 170 млн. км3, или на 12%, меньше действительного. Подобные расхождения носят, конечно, случайный характер, и они не меняют тех представлений об объеме воды океана, которые сложились в течение истекших десятилетий. Сказанное о надежности данных об объеме воды океана в какой-то мере относится и к определению массы ледников, представление о которой значительно улучшилось в последние годы. Еще сравнительно недавно на основании всей имеющейся информации масса ледников оценивалась рядом авторов, например, Р. Нейсом (Nace, 1964), в том числе и мною (Львович, 1964), в 29 — 30 млн. км3. Однако в результате большого количества промеров мощности полярных ледниковых щитов геофизическими методами было установлено, что прежние представления об их массе были преувеличены в основном из-за недостаточно полных представлений о рельефе подледной поверхности Земли. Под ледниковым щитом Антарктиды оказалось значительно больше возвышенностей и гор, чем представлялось прежде. Вместе с тем в результате исследований по программе последнего Геофизического года улучшились представления и о мощности горных ледников. Известные расчеты показали, что масса полярных и горных ледников составляет 2 398-10 22 г (Shumskiy и др., 1964; Шумский, Кренке, 1965), или с округлением 24 млн. км3. Этот объем льда занимает площадь в 16,2 млн. км2. Следовательно, средняя мощность покровных ледников равна около 1500 м. На долю всех остальных льдов, по данным этих же авторов, приходится около 250 тыс. км3, в том числе примерно 200 тыс. км3 грунтового льда (преимущественно зоны многолетней мерзлоты) . Около 35 тыс. км3 морского льда и айсбергов входят в объем воды океана, а 1,6 тыс. км3 атмосферного льда — в объем паров атмосферы. Наглядное представление об огромной массе ледников дают следующие цифры. Если бы весь лед растаял, то уровень океана повысился бы на 64 м, а его площадь возросла бы на
1 5 млн. км 2, а площадь суши соответственно уменьшилась бы на 1%. Объем озерной воды, казалось бы, вычислить не сложно: большие озера — каждое в отдельности, малые — приближенно, общим числом. Тем не менее современные представления об объеме воды озер нельзя считать вполне надежными. Отчасти это связано с отсутствием систематизированных данных о глубинах и площади больших озер, трудно также учесть объем воды в малых озерах (хотя последние составляют небольшую часть общего объема, поэтому неточности в их определении несущественно повлияют на выводы). Кроме того, объем озер, особенно бессточных, — это существенно изменяющаяся величина. Например, площадь оз. Эйр в Австралии в многоводные периоды достигает нескольких тысяч квадратных километров, а в сухое время оно превращается в небольшой солончак; весьма изменчив объем оз. Чад; площадь Каспийского моря в последние десятилетия уменьшилась больше чем на 50 тыс. км 2, а его объем — приблизительно на 800 км3. Но неточности связаны также и с недостаточно полным статистическим учетом озер. Последние данные Р. Нейса (Nace, 1964), определившего объем пресных озер в 125 тыс. км 3 и соленых — в 105 тыс. км 3, вероятно, несколько преуменьшены. Следует, по-видимому, принять объем в 275 тыс. км3, в том числе около 150 тыс. км3 воды приходится на проточные пресные озера й 125 тыс. км3—на соленые. Кроме того, необходимо учесть и объем искусственных озер — водохранилищ. В качестве исходной величины для определения их объема приняты данные по водохранилищам мира емкостью более 100 млн. ж 3 , она составила 4100 км3 (Авакян, Овчинникова, 1971). Если учесть неполноту данных, неизбежную при использовании литературных источников, а также объем малых водохранилищ, то не будет, вероятно, существенной ошибки, если принять объем всех водохранилищ в 5 тыс. км3. В связи с увеличением озерной части гидросферы интересно определить, за счет каких других ее частей осуществляется этот процесс. Современный объем гидросферы стационарен, устойчив, если не считать поступления в гидросферу в среднем до 1 км 3 воды в год за счет дегазации мантии Земли — процесса исключительно важного для происхождения гидросферы в геологическом аспекте времени. Однако этот объем не имеет практического значения для тех периодов, которые нас интересуют в связи с процессом круговорота и использованием вод в сравнительно недалеком прошлом и через десятилетия в будущем. Таким образом, изменение объема одной ее части не может произойти без влияния на объем других. Водохранилища наполняются водой речного стока, который не достигает океана. Отсюда следует, что рост объема озерной части гидросферы происходит за счет океана, теряющего соот-
ветствующий объем. Поэтому 5 тыс. км3 воды, собранной в водохранилищах, решают важные водохозяйственные задачи человечества, но не влияют сколько-нибудь заметно на океаническую часть гидросферы. Что касается объема воды в руслах рек, то точно его определить невозможно. Это вода в реках Земли протяжением в миллионы километров с размерами русел от нескольких метров до многих десятков километров. В результате приближенных расчетов, которые были произведены на основании общей протяженности речной сети, а также ширины и глубины рек, разделенных на три группы, я определил в 1940 г. общий объем воды в речных руслах в 1200 км3 (Львович, 1945). Относительно малые размеры «стационарного» запаса воды в реках удивили меня и многих других гидрологов. До этой прикидки представлялось, что воды в реках гораздо больше — до сотен тысяч кубических километров. Это явилось своего рода открытием в гидрологии, особенно интересным и важным при сопоставлении с речным стоком, в 30—40 раз большим единовременного запаса воды в руслах рек. Объем русловых вод в 1200 км3 впоследствии был принят Р. Нейсом (Nace, 1968). Правда, Г. П. Калинин (1968) считает возможным и объем русловых вод в 2 тыс. км3. Но примерные прикидки убеждают меня, что прежде принятая мною величина вряд ли заметно преуменьшена, хотя я не отрицаю возможности ее уточнения. Существенное значение имеет порядок величины, установленный в общем правильно. Почвенная влага отличается от грунтовых и подземных вод более тесной зависимостью от условий погоды. Во влажные сезоны влаги в почве содержится много, в сухие сезоны она быстро расходуется на испарение. Кроме того, распределение и режим почвенной влаги связаны с биологическими процессами более тесно, чем грунтовые и подземные воды. Одна из характерных особенностей состава почвы — содержание в ней органических веществ, которые сильно влияют на водные свойства почвенного покрова. Вода входит в состав почвы и наряду с содержанием гумуса является одним из элементов, характеризующих ее плодородие. Поэтому биологическая продуктивность территории в значительной степени зависит от содержания влаги в почве. Избыток почвенной влаги приводит к заболачиванию почвы, в результате чего культурные растения и леса находятся в угнетенном состоянии. Приближенный объем почвенной влаги прежде я оценивал в 65 тыс. км3, потом на основании содержания влаги в почве в различных зонах — в 75 тыс. км3 (Львович, 1964). Д л я этой цели была использована ограниченная информация, оправданная задачей прикидочной оценки. Впоследствии результаты этих расчетов уточнялись в результате изучения водного баланса суши, и в 1970 г. я ее оценивал в 82 тыс. км3 (Львович,
1970), а в 1971 г., обобщая новые результаты исследований материков земного шара, пришел к выводу, что она близка к 85 тыс. к м 3 (Lvovitch, 1971). Важно, что и этот элемент гидросферы впервые получил в общем правильную оценку, изменявшуюся в процессе усовершенствования расчетов в пределах от 65 до 83 тыс. км3, не считая увеличения почвенной влаги за счет орошения. Можно полагать, что для существенных дальнейших уточнений осталось теперь меньше возможностей, хотя не следует забывать, что оценка запасов почвенной влаги, полученная воднобалансовым методом, зависит от атмосферных осадков, количество которых в последнее время подвергается уточнениям, связанным с разнообразием конструкции осадкомеров в разных странах и поправками на потерю из них воды на смачивание сосудов, испарение и выдувание, особенно снеговых осадков. При расчетах запасов почвенной влаги учитывалось, что обмен этой части гидросферы продолжается один год. Это допущение вполне оправданно, поскольку почвенная влага находится в непосредственном обмене с атмосферой и легко подвержена испарению, чему способствует и ее расходование на транспирацию. Что касается расходования части почвенной влаги на питание подземных вод, то оно составляет около 14% ее запасов и, как мы увидим, хорошо увязывается с другими элементами водного баланса (см. табл. 20 на стр. 214). При равномерном распределении почвенной влаги на площади суши слой ее равен около 570 мм. Эта величина реальна, если учесть, что в природе она колеблется в весьма больших пределах — от нескольких миллиметров в почве пустынь до нескольких метров в болотах. Здесь речь идет о естественных запасах почвенной влаги. Но на орошение, которое следует рассматривать как умножение ресурсов почвенной влаги, в настоящее время расходуется около 2 тыс. км 3 главным образом речных и отчасти подземных вод. Таким образом, общий объем почвенной влаги, включая воду, расходуемую на орошение, составляет 85 тыс. км3. Но, может быть, увеличение объема почвенной влаги в результате орошения происходит за счет какой-либо другой части гидросферы? Это могло произойти только в том случае, если для орошения брались бы стационарные запасы подземных вод, не возобновляемые в процессе круговорота. Такие подземные воды используются на орошение в некоторых районах, но объем их изъятий для этой цели невелик. В орошаемом земледелии расходуются главным образом подземные воды, активно участвующие в круговороте воды и возобновляемые в его процессе. Например, в Индии, как это автор наблюдал во время его поездок по этой стране, орошение подземными водами производится преимущественно в тех случаях, когда они питаются не только за счет фильтрации осадков, но также и оросительной воды. В таких случаях использование подземных вод, требующее их откачки, позволяет избе-
жать заболачивания орошаемых полей. Д л я борьбы с этим неблагоприятным явлением потребовался бы искусственный дренаж с густой сетью осушительных канав. Но вместо нега вполне обоснованно практикуется откачка грунтовых вод с использованием их для орошения. В целом за счет подземных вод, возобновляемых в процессе круговорота, расходуется на орошение около 10—15%, а 85— 90% оросительных вод черпается из рек, озер и водохранилищ. Из всего сказанного следует вывод о том, что рост ресурсовпочвенной влаги происходит главным образом за счет интенсификации процесса водообмена. Наиболее сложно определить объем подземных вод. Информация о геологическом строении земной коры до глубины 2— 4 тыс. м, а в некоторых случаях и глубже в настоящее время имеется для значительных частей суши, и она, вероятно, могла бы послужить основой для более достоверных расчетов, чем те, которые сейчас произведены. Однако опубликованные геологические карты далеко не всегда содержат необходимые для этой цели сведения, а специальные гидрогеологические карты составлены лишь для сравнительно небольшой части суши и очень часто не содержат данных для интересующих нас расчетов. По А. П. Виноградову (1959), во всей мантии Земли содержится 0,5% воды, или 13—15 млрд. км3, т. е. приблизительно в 10—12 раз больше, чем в Мировом океане. Эти воды, химически и физически связанные с минералами и горными породами, служат источником питания вод земной коры и поверхностных вод. По расчетам Ф. А. Макаренко (1948, 1966), возможный приток глубинных вод в земную кору и на поверхность за счет мантии Земли достигает в среднем 1 км 3 в год. Так как абсолютный возраст земной коры равен примерно 3,5 млрд. лет, весь объем поверхностных вод и вод, содержащихся в земной коре, должен составить около 3,5 млрд. км3. В. И. Вернадский оценивал все воды земной коры в 1,3 млрд. км 3, что примерно соответствует объему воды в океане. Но значительная масса этой воды находится в состоянии, химически связанном с минералами, т. е. входит в состав минералов. Объем химически несвязанных вод верхней части земной коры он оценивал приблизительно в 60 млн. км 3. Современные расчеты Ф. А. Макаренко показывают, что в гтятикилометровой толще земной коры в пределах суши объем воды составляет 12% объема этой толщи, или 84,4 млн. км3. Исключая химически связанную воду, общий объем гравитационных вод в этой же толще земной коры в пределах суши, по А. Ф. Макаренко, составляет 60 млн. км3, что соответствует объему, ранее полученному В. И. Вернадским. Гидролог Р. Нейс (Nace, 1964, 1968) определил запасы под-
з е м н ы х вод в 2 м л н . миль3
(8 100 тыс. км3),
что в 7 — 8 р а з
чем дали расчеты упомянутых авторов. Половину этого объема Р. Нейс относит к глубине до 0,5 мили (800 м) и половину — к более глубоким частям земной коры. Общее количество подземных вод, по этим расчетам, несомненно, преуменьшено, но оценка подземных вод до глубины 800 м, по-видимому, близка к действительности. Я ее принимаю, округляя в пределах точности расчета до 4 млн. км 3, и отношу к зоне активного водообмена. Из сказанного видно, что представления о количестве подземных вод носят пока еще весьма приближенный характер. Химический состав подземных вод весьма разнообразен: от чистейших пресных вод до глубинных крепких рассолов, содержащих более 250 г солей в 1 л воды. Преобладают хлориднонатриевые воды, реже натриево-кальциевые и натриево-магниевые. Пресные подземные воды распространяются на большие глубины в редких случаях. Как правило, на глубинах более 1,5—2 км встречаются соленые воды. В полупустынных и пустынных районах соленые подземные воды распространены и на небольших глубинах, а на их поверхности часто как бы плавают линзы пресных подземных вод дождевого и снегового происхождения. Эти воды просачиваются с поверхности и благодаря меньшей плотности не смешиваются с солеными водами. В. Н. Кунин (1959), много лет посвятивший изучению линз пресных подземных вод в Каракумах, разработал научные основы их использования. В пределах распространения вечной мерзлоты, или, как теперь ее предпочитают называть, многолетней мерзлоты, до глубины 500 м, а иногда и глубже подземные воды находятся в твердом состоянии в виде льда. Это явление распространено на севере и северо-востоке Азиатской части СССР и в приполярной части Северной Америки. По степени участия в круговороте воды подземные воды делятся на несколько групп: от застойных вод, возраст которых соразмерен с возрастом вмещающих их горных пород, до так называемой верховодки — сезонных грунтовых вод, образующихся во влажные периоды и исчезающих в сухие. Остается неоцененной еще одна часть гидросферы — пары атмосферы. Ее объем был вычислен мною на основании данных о влажности воздуха в пределах тропосферы, выше которой влага практически отсутствует. В экваториальной зоне тропосфера достигает высоты 16—18 км, в умеренных широтах — 10— 12 км и в полярных—7—10 км. Объем пара в пересчете на воду составил 14 тыс. км3. Объем этой части гидросферы мал, но ее значение чрезвычайно велико, так как она дает начало всем пресным водам на Земле. Из небольшого стационарного объема паров атмосферы в результате многократного повторения цикла влагооборота ежегодно конденсируется почти в 40 раз меньше,
больший объем атмосферных осадков, выпадающих на поверхность океана и суши. Подводя итог тому, что сейчас известно об объеме гидросферы и ее отдельных частей, следует подчеркнуть, что остается немало вопросов, еще недостаточно точно решенных. Н о это в основном относится к тем ее частям, изменения объема которых не могут существенно повлиять на общий объем гидросферы. Теперь необходимо рассмотреть запасы пресной воды, представляющей собой особый интерес как воды, наиболее доступной для удовлетворения нужд человечества. Приблизительное представление о пресноводной части гидросферы дают данные табл. 2. Таблица 2 Пресные воды гидросферы Объем пресной воды, км3
Части гидросферы
Ледники Подземные воды Озера и водохранилища Почвенная влага Пары атмосферы Речные воды Итого.
.
.
% от данной части гидросферы
% от общего объема пресной воды
24 ООО ООО 4 ООО ООО 155 ООО 83 ООО 14 000 1 200
100 6,7 55 98 100 100
85 14 0,6 0,3 0,05 0,004
28 253 200
_
100
Лед, из которого состоят ледники, в силу свойств твердой фазы воды является пресным. Но и по сути своего происхождения ледники пресноводны, так как созданы в результате аккумуляции и трансформирования снега. Однако использование ледников как источника водных ресурсов остается пока проблематичным, по крайней мере в течение ближайших десятилетий, хотя не исключено в более отдаленной перспективе. Объем пресных озер и водохранилищ приближенно оценен на основании сказанного выше. Почвенная влага, как правило, пресна, исключая влагу солонцов и солончаков, которую можно приближенно оценить не более чем в 2—3%, т. е. величиной в 2 тыс. км3. Пресноводный характер паров атмосферы не требует пояснений. Что касается речных вод, то они хотя в какой-то мере и минерализованы, но, как правило, относятся к пресным. Минерализация речной воды более 1 г/л, что служит пределом для питьевой воды, например, по нормам, принятым в Совет-
ском Союзе, встречается довольно редко и в основном относится к засушливым районам, где реки, как правило, невелики и маловодны. Кроме того, сравнительно высокая минерализация характерна лишь для межени, когда в реках таких районов остается совсем мало воды, и очень часто она сохраняется только в плесах, разобщенных между собой в связи с прекращением стока. Такие плесы по существу представляют собой небольшие озера, в которых минерализация увеличивается по мере их усыхания. Но во время паводков и половодья минерализация воды в таких реках резко уменьшается. В отдельных случаях сравнительно высокая минерализация воды в межень связана с питанием рек источниками грунтовых вод, образующихся в соленосных глинах. Такое явление автор наблюдал в Западном Казахстане. Но влияние соленых источников в связи с их малым дебитом сказывается на степени минерализации речной воды в пределах небольших участков и прекращается во время паводков. Бывают и другие случаи, например питание рек минеральными источниками. Это явление я наблюдал на северном склоне Кавказа, где обильные нарзанные источники при общей минерализации их воды в 2 г/л питают небольшую горную реку Хасаут. Все подобные случаи возможны и в других местах, но в целом они могут служить больше для иллюстрации сравнительно редких исключений, чем характеризовать правило. В целвм сама природа речных вод, их возникновение сразу же вслед за процессом конденсации и выпадения осадков, дающим начало пресным водам или образующимся в результате питания активными подземными водами, циркулирующими в хорошо промытых пластах горных пород, говорит о пресноводном их характере. Это обстоятельство послужило основанием для того, чтобы отнести все русловые речные воды к пресным. Вместе с тем не лишено условности отсутствие в табл. 2 морской воды, какая-то доля объема которой, бесспорно, может быть отнесена к пресной. Это относится к приустьевым участкам больших рек, особенно если они впадают в неширокие заливы. Так, пресная вода характерна для восточной части Финского залива — «Маркизовой лужи», питаемой идеальными по качеству, очень слабо минерализованными водами реки Невы. Пресная вода распространяется на незначительных частях акватории Атлантического океана, прилегающих к устьям величайших рек мира — Амазонке, Ла-Плате, Конго. На огромных площадях приустьевых частей этих рек пресная речная вода отличается значительной мутностью и своим цветом от океанических вод. В Тихом океане подобное явление, но, вероятно, еще ярче выраженное, наблюдается при выходе Амура не в открытое море, а в Татарский пролив. Мощные сибирские реки опресняют воду на больших площадях Ледовитого океана. Вероятно, не будет преувеличением считать, что миллионы квад-
ратных километров акватории морей и океанов находятся во «власти» речных вод. Но эта «власть» весьма эфемерна, так как на больших пространствах она неустойчива и непостоянна во времени. Мощные морские течения быстро рассеивают речные воды, вторгшиеся в океан. А при мощных циклонах это явление усиливается ветром. По этой причине пока еще нет достаточных оснований учитывать пресную речную воду в пределах океана. Но вместе с тем вполне очевидна необходимость изучения распространения и режима пресных вод в океане. Итак, общий объем пресных вод на Земле достигает приблизительно 28,25 млн. км3, что составляет около 2% общего объема гидросферы. Но если учесть, что основная часть пресных вод, законсервированных в полярных ледниках в виде льда, недоступна для использования, то объем остальной части пресных вод составляет всего лишь немногим более 4,2 млн. км3, или 0,3% объема гидросферы. Цифра весьма впечатляющая и говорит как будто бы о бедности Земли ресурсами воды, в которых наиболее заинтересовано человечество. Однако статический подход не может дать правильного представления о действительных ресурсах пресных вод. Необходимо принять во внимание динамические процессы, происходящие в гидросфере, и непрерывно возобновляющиеся стационарные запасы пресных вод. Именно поэтому круговорот воды представляет собой движущую силу возобновления ресурсов пресных вод и является основным предметом изучения гидрологической науки.
ГЛАВА II
КРУГОВОРОТ воды ОБЩИЕ ЧЕРТЫ КРУГОВОРОТА
В истории развития представлений о круговороте воды мы находим много интересного и любопытного о путях, какими развивались знания об этом исключительно ярком процессе, приводящем в движение все воды Земли. Что, казалось бы, может быть проще и логичнее того, что мы знаем о круговороте воды: выпадают осадки, частью образующие на суше поверхностный сток, частично просачиваясь вглубь, формирующие подземные воды; поверхностные и подземные воды под влиянием силы тяжести стекают в понижения — речные долины — и образуют реки; часть дождевой воды, задержанной в почве, служит одним из элементов плодородия почвы, испаряется (включая транспирацию) и насыщает паром атмосферу; осадки, выпадающие на поверхность океана, перемешавшись с морской водой, расходуются на испарение, испаряются также речные воды, питающие океан; пары атмосферы, переносимые воздушными течениями, конденсируются и выпадают в виде осадков, которые дают начало новому циклу круговорота воды 1 . Конечно, такая краткая характеристика не лишена существенной схематизации, так как не раскрывает многие явления и процессы, связанные с круговоротом воды. Но для освещения совокупности всех этих явлений нужно написать книгу, или, вернее, много книг (и таких уже немало написано). Гидрология сформировалась в течение истекших 100—110 лет в науку, основной предмет изучения которой — круговорот воды. Определение истоков какой-либо науки не является простым делом и небезусловно. Но я считаю, что становление современной гидрологии начинается с исследований водного баланса р. Сены, 1 Нельзя не обратить внимание на получившую довольно большое распространение терминологическую неточность, связанную с англо-американскими терминами water cycle или hydrological cycle, буквально переводимыми на русский язык как «водный цикл» и «гидрологический цикл», на русском языке им соответствует термин «круговорот воды».
41 IGOO(l 140)
100000(910) 65000( 560)
Г
7500(234) 7500(234)
периферийная
замкнутая
часть суши
часть суши
Рис. 1. Схема круговорота воды. Числа на рисунке — значения соответствующих элементов мирового водного баланса: без скобок — в км3, в скобках — в мм 1 — осадки, 2 — речной сток, 3 — испарение
произведенных П. Перо (1674), а затем Бельграном (Belgrand, 1861) во Франции; с талантливых работ по гидрологии А . И . В о ейкова (1882, 1894-а, 1894-6), В. В. Докучаева (1876, 1892), Э. А. Брикнера (1905), Е. А. Гейнца (1898, 1903), Э. Ольдекопа (1911) в России; А. Пенка (Penk, 1896) в Австрии; X. Келлера (Н. Keller, 1906) в Германии; Ф. Ньюэля (F. Н. Newell, 1892— 1893) в США и др. В задачи настоящего труда не входит подробный обзор развития представлений о круговороте воды. Чрезвычайно важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и биосферой, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды, атмосферную воду (рис. 1). Благодаря круговороту воды утрачивается дискретный характер гидросферы. Все воды Земли едины не только по их происхождению, но и в результате постоянно действующего их круговорота. Механизм круговорота воды действует повсеместно и непрерывно. Движущие силы круговорота воды — тепловая энергия и сила тяжести. Под влиянием тепла происходят испарение, конденсация водяных паров и другие процессы, а под влиянием силы тяжести — падение капель дождя, течение рек, движение почвенных и подземных вод. Часто эти две причины действуют совместно: например, на атмосферную циркуляцию влияют как тепловые процессы, так if сила тяжести. В круговороте воды выделяются следующие основные зве-
нья: атмосферное, океаническое, материковое, включающее литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное. Каждое из этих звеньев играет в круговороте свою особую роль. Ни одно из перечисленных звеньев круговорота воды не представляет собой замкнутой системы. Замкнутая, но, учитывая процессы диссоциации молекул воды и диссипации атомов водорода в космос, не вполне строго, система круговорота воды относится лишь к земному шару в целом. Вместе с тем в практической работе принимается условно замкнутым водный баланс (как количественная характеристика круговорота воды), например, для отдельных речных бассейнов или озер. Это бывает вполне оправданным, если не принимать во внимание всей цепи в системе круговорота, например наиболее трудно поддающийся учету баланс атмосферной влаги, связанный с ее переносом. Заменяя это звено цепи осадками, можно получить вполне достоверные представления о речном звене круговорота воды. АТМОСФЕРНОЕ ЗВЕНО
Атмосферное звено круговорота характеризуется переносом влаги в процессе циркуляции воздуха и, как уже было сказано, образованием атмосферных осадков. Общая циркуляция атмосферы обладает замечательным свойством — сравнительной устойчивостью из года в год, но при существенной сезонной изменчивости. В последние годы обнаружено, что данные наблюдений над осадками недостаточно точны и нуждаются в исправлении. Современные осадкомеры искажают показания, особенно для снеговых осадков, во время ветра. В Главной геофизической обсерватории разработали способ введения поправок на количество осадков в зависимости от скорости ветра. Другая неточность в учете осадков связана со смачиванием сосуда осадкомера. Установлено, что при каждом опорожнении осадкомера на его стенках'остается немного воды, соответствующее слою осадков 0,2 мм. Если за год осадкомер опорожняется 100 раз, то недоучитывается 20 мм осадков, что при годовой сумме в 500—600 мм составляет 3—4%. Суммарные поправки в зависимости от количества твердых осадков, скорости ветра, степени защищенности прибора от ветра и в зависимости от числа дождей чаще всего колеблются в пределах от 5 до 20%. В районах, где выпадает много ливневых осадков, относительное значение поправки уменьшается. Разумеется, эти уточнения не вносят существенных изменений в представление о количестве осадков, выпадающих на крупных частях суши. Но в приморских районах севера Европы и Азии, где выпадает много осадков в виде снега, поправки достигают 20—25%- В районах, особенно гор2-4897
33
ных, где сведения об осадках недостаточны, но имеются данные о речном стоке, эти данные служат для контроля выпадающего количества осадков. Этот прием особенно важен для горных районов, где данных о речном стоке гораздо больше, чем об осадках. Речные бассейны в данном случае уподобляются (с поправками на испарение) гигантским дождемерам. Расчеты показывают, что средний слой осадков составляет на суше 765 мм, в океане—1140 мм, а в целом для всего земного ш а р а — 1030 мм, т. е. немногим более 1 м. В объеме соответствующие величины равны: для суши — 113,5 тыс. км3 (22%), для океана — 411,6 тыс. км3 (78%), для всего земного шара — 525,1 тыс. км3. Эти объемы воды количественно характеризуют интегральный результат круговорота воды на Земле, но они слагаются из большого числа других процессов, участвующих в круговороте. Непосредственная роль циркуляции воздуха в круговороте воды заключается в перераспределении атмосферной влаги по земному шару. На материках осадков выпадает больше, чем атмосфера получает влаги за счет испарения с суши. Разница, приблизительно достигающая 40—43 тыс. км3 в год, восполняется за счет переноса влаги атмосферы с океана на сушу. Этот процесс имеет большое значение, так как он увеличивает водные ресурсы материков. Без такой прибыли влаги водные ресурсы, используемые человеком на суше, были бы значительно беднее. Нужно иметь в виду, что указанная разница является балансовой величиной. Это значит, что на сушу с океана переносится воздухом гораздо больше влаги, но одновременно много влаги переносится и с суши на океан, значительно больше разницы в 40—43 тыс. км3. В итоге такого многократного обмена суша получает часть влаги за счет океана. Сказанное не относится к перераспределению «стационарных» запасов частей гидросферы между сушей и океаном в историческом аспекте времени. Регрессии и трансгрессии океана, достигавшие больших размеров, происходили сравнительно медленно. Во всяком случае их интенсивность, например, в течение года, к которому относятся показатели водного баланса Земли, значительно уступает активности круговорота воды. Обусловленная этим разница между переносом воздушной влаги с океана на сушу и обратно в итоге соответствует расходу речных и подземных вод с суши в океан. Но интенсивность исторических колебаний объемов воды на суше и в океане вряд ли существенно влияет на эти балансовые характеристики. Такая закономерность дает основание для изучения круговорота воды независимо от исторических колебаний объемов частей гидросферы, хотя оба эти процесса, конечно, взаимосвязаны в природе.
ОКЕАНИЧЕСКОЕ ЗВЕНО
Д л я океанического звена круговорота наиболее характерно и с п а р е н и е воды, в процессе которого непрерывно восстанавлив а е т с я содержание водяного пара в атмосфере. Достаточно сказ а т ь , что более 86% влаги поступает в атмосферу за счет исп а р е н и я с поверхности океана и менее 1 4 % — з а счет испаре-
ния с суши. Расход воды на испарение распределяется неравномерно по акватории океана. Это можно хорошо видеть по разности между испарением и осадками. В экваториальной зоне расход воды на испарение из-за большой облачности меньше годовой суммы осадков. В умеренных широтах испаряется воды также меньше, чем выпадает осадков, но основная причина здесь другая— недостаток тепла. В тропической и субтропической зонах с поверхности океана испаряется влаги больше, чем выпадает. Происходит это потому, что в зоне пассатов облачность бывает реже, тепла здесь много, а осадков выпадает относительно меньше. Важная черта океанического звена круговорота воды — перенос огромных масс морских вод. В. Г. Корт (1962) рассчитал количество воды, ежегодно переносимой течениями четырех океанов. На основании этих данных составлена табл. 3. Эти данные характеризуют интенсивность внутреннего океанического водообмена под влиянием течений. Вычисленные мною цифры последней графы говорят о том, сколько лет в среднем необходимо, чтобы все воды данного океана и Мирового океана в целом перемешались или сменились. Для Мирового океана на это требуется примерно 60 лет; наименее интенсивен водообмен Тихого океана (более 100 лет), для Атлантического океана треТаблица 3 Объем водных масс, переносимых течениями в океанах, и интенсивность их водообмена
Площадь, млн. км2
Океан
Тихий Атлантический Индийский Северный Ледовитый.
Мировой океан
2*
.
.
.
Объем, млн. км3
Годовой расход переносимых водных масс, млн. км3 (по В. Г. Корту)
Интенсивность водообмена — отношение объема океана к годовому расходу (число лет)
180 93 75 13
725 338 290 17
6,56 7,30 7,40 0,44
110 46 39 38
363
1 370
21,70
63
35
буется около 50 лет, для смешения вод Индийского — 40 лет, столько же лет в среднем требуется и для полного перемешивания вод Северного Ледовитого океана. Согласно прежним представлениям, интенсивность переме- • щения океанических вод под влиянием течений была гораздо меньше. Это связано с тем, что о течениях было мало сведений: их скорость и тем более расход, т. е. количество переносимой воды, были изучены еще слабо. В последние годы советскими научно-исследовательскими судами «Витязь», «Михаил Ломоносов», американским «Арго» и другими обнаружены и измерены мощные пассатные и экваториальные противотечения, движущиеся в направлении, обратном пассатным течениям. Эти течения проходят на глубине до нескольких сот метров, ширина каждого из них достигает 300 км. По расчетам Н. К. Ханайченко (1966), секундный расход противотечений составляет 110—120 млн. км3, а годовой расход— 3,5 млн. км3. Нужно учесть, что противотечения изучены еще недостаточно и, по всей вероятности, количество переносимых ими водных масс преуменьшено. Океаническим течениям принадлежит большая климатообразующая роль, поэтому их влияние на круговорот воды в основном сказывается через климат. Морские течения переносят воды на три порядка больше, чем все реки мира, а обусловленный ими водообмен в 50 раз интенсивнее водообмена, вызванного атмосферными осадками, выпадающими на поверхность океана, и испарением. По этой причине внутренний океанический водообмен гораздо интенсивнее внешнего, обусловленного круговоротом пресной воды. К этим цифрам мы еще вернемся, когда будем рассматривать интенсивность водообмена отдельных частей гидросферы. ЛИТОГЕННОЕ ЗВЕНО
Литогенное звено круговорота воды, другими словами, участие подземных вод в круговороте воды, весьма разнообразно. В гл. I мы уже касались этого вопроса. Глубинные подземные воды, главным образом рассолы, крайне слабо связаны с верхними слоями подземных вод и с другими звеньями круговорота воды. Накопление глубинных подземных вод в некоторых областях происходило в течение многих миллионов лет. Весьма медленно просачиваясь вглубь и пополняясь за счет дегазации мантии, на глубинах (чаще всего более 1—2 км) образовались огромные скопления воды. Но их участие в круговороте воды выражено весьма слабо. Глубинные подземные воды, если сравнивать с круговоротом воды — явлением природы весьма динамичным, практически стабильны. Их объем весьма незначитель-
но
м е н я е т с я в течение коротких периодов времени. Они обычно сильно минерализованы, вплоть до крепких рассолов, что и служит главным признаком слабого обмена. Пресные подземные воды залегают преимущественно в зон е а к т и в н о г о водообмена, в верхней части земной коры, дренируемой речными долинами, озерами и морями. Именно благодаря интенсивному водообмену, относительно частым переходам через фазу конденсации атмосферной влаги эти воды слабо м и н е р а л и з о в а н ы , практически пресны. Явлению естественного дренажа подземных вод принадлежит исключительно важная роль в круговороте. Благодаря ему одно из звеньев круговорота приобретает регулирующие свойства—реки получают устойчивое питание. Без этого источника в о д н ы й режим рек был бы еще более изменчив — вода в реках п о я в л я л а с ь бы лишь во время дождей или при снеготаянии, а в остальное время реки пересыхали бы. Реки с таким режимом распространены в зоне сухой степи и в пустыне. Примером могут служить реки Южного Заволжья и равнинной части Каз а х с т а н а . Здесь подземные воды получают очень слабое питание, быстро иссякают и их участие в питании рек весьма незначительно. Поэтому такие сравнительно большие реки, как Малый и Большой Узень в Заволжье или Hyp а в Северном Казахстане, текут лишь непродолжительное время весной. По этой же причине вади Сахары, омурамбо пустыни Калахари и крики Австралии в течение нескольких лет бывают сухими и превращаются в стремительные потоки во время редко выпадающих здесь интенсивных ливней. Использование водных ресурсов таких рек возможно лишь путем создания водохранилищ большой емкости, собирающих паводочные воды и в какой-то мере заменяющих подземные воды, обладающие, как правило, высокой естественной регулирующей способностью. Возобновимые запасы подземных вод, т. е. та их часть, которая ежегодно возобновляется в процессе круговорота воды, может быть определена на основании расчетов водного баланса. Ее пока не удалось оценить на основании гидрогеологических исследований. Буровые скважины, вскрывающие пласты подземных вод, определение их дебита и скорости движения не дают ответа на вопрос о количестве подземных вод, участвующих в круговороте воды. Д л я отдельных артезианских бассейнов возобновимые запасы удается оценить в результате многолетней эксплуатации. Учитывая количество воды, отбираемой из подземных пластов, и следя за состоянием уровня подземных вод, можно оценить возобновимые запасы отдельных водоносных пластов. Если в процессе многолетней эксплуатации водоносного горизонта уровень воды держится стабильно, то это свидетельствует о том, что количество забираемой воды не превышает возобновимых запасов. Если же уровень эксплуатируемых подземных вод из года в год систематически снижается,
то это служит показателем того, что количество добываемой воды превышает возобновимые запасы. Впрочем, и этот показатель не всегда надежен для обширных артезианских бассейнов, эксплуатируемых на отдельных участках. Снижение напора или понижение уровня подземных вод на таких сравнительно ограниченных участках иногда происходит в результате образования депрессионных воронок. Их происхождение связано с тем, что объем воды, откачиваемой из бурового колодца, не успевает возместиться за счет подтока воды из окружающего скважину водоносного горизонта. Если прекратить откачку воды из колодца, то в таких случаях депрессионная воронка постепенно заполняется водой. По интенсивности заполнения судят о скорости движения подземных вод, о дебите колодцев. Но ответа на вопрос о количестве подземных вод, участвующих в круговороте воды и ежегодно возобновляемых, этот метод все же не дает. Первое общее количественное представление об этом явлении удалось получить путем изучения естественного дренажа подземных вод реками. Я уже упоминал о том, что подземный сток составляет наиболее устойчивую часть речного стока. Д л я оценки подземной составляющей речного стока существует специальный метод, о котором будет сказано ниже. Этот метод основан на анализе результатов систематических наблюдений над речным стоком. Он еще не очень точен, но дает вполне надежные данные о количестве подземных вод, дренируемых реками. Следует признать, что эти данные в первом приближении характеризуют запасы подземных вод, регулярно возобновляемых в процессе круговорота воды. Такое допущение близко к действительности, если расходование подземных вод другими путями незначительно. Рассмотрим, какие еще существуют пути расходования. Прежде всего возникает вопрос об объеме подземных вод, движущихся ниже уровня речного дренажа или стекающих с междуречных участков и выливающихся непосредственно в океан. Эта часть подземного звена круговорота воды изучена еще очень слабо, но имеются основания предполагать, что количество подземных вод, попадающих с суши непосредственно в море, минуя реки, невелико в сравнении с объемом подземных вод, дренируемых реками. Об этом мы можем судить, например, по режиму подземных вод морских побережий. На побережье Северного моря в Голландии пресные подземные воды приурочены к местам распространения прибрежных дюн. Однако они подперты солеными подземными водами, проникшими в материк со стороны моря. Усиление эксплуатации пресных подземных вод приводит к подтоку к колодцам соленой воды морского происхождения. Использование сравнительно небольшого количества подземных вод материкового
происхождения для водоноснабжения прекращает их попадан ие в море и замещается профильтровавшейся в сторону сущи морской водой. Аналогичное явление произошло в юго-вос т о ч н о й части Нью-Йорка, расположенной на острове ЛонгАйленд. Использование подземных вод д л я водоснабжения привело к их истощению. Пресные подземные воды постепенно были замещены соленой морской водой, для вытеснения которой сейчас под землю закачивается ливневый сток (Кунин, 1972). Другим примером может служить Каспийское море. Суммарный приток воды в Каспий составляет в среднем около 300 км3. Из этого количества только 5 км3, или менее 2%, по приблизительной оценке, приходится на подземные воды, попадающие в море, минуя реки. По другим данным (Зекцер и др., 1967), приток подземных вод непосредственно в Каспий составляет только 1,4 км3 в год, или 0,5% общего притока речных вод. Однако общий объем подземных вод после их дренажа реками, впадающими в Каспийское море, составляет около 120 км3 в год, или 40% общего притока воды в море. Остальные 58% приходятся на поверхностные (паводочные) воды. Примерно такая же картина наблюдается на нидерландском побережье Северного моря: подземными путями непосредственно в море попадает сравнительно мало воды, но Рейн и другие реки, впадающие в него, несут большое количество подземных вод, дренированных на всем пути их течения, включая и дренаж подземных вод разветвленной сетью их притоков. Больше подземных вод с суши в океан может попадать из горных районов, расположенных недалеко от морских побережий. К ним относятся Скалистые горы и Кордильеры, протянувшиеся вдоль Тихоокеанского побережья Северной и Южной Америки. Это относится и к Черноморскому побережью Кавказа, где, например в районе Гагры, непосредственно на берегу моря и ниже его уровня выходят довольно мощные подземные источники. Аналогичные выходы подземных вод наблюдаются в приморской части Югославии, отчасти в Италии, где распространены карстовые воды. Подобные факты не позволяют утверждать, что приток подземных вод в океан, минуя речную сеть, мал относительно водного баланса материков. Но он, несомненно, намного меньше количества воды, дренируемой реками из подземных горизонтов. По оценке Г. П. Калинина и И. С. Зекцера, приток подземных ВОД в океан, минуя реки, составляет приблизительно 2200 км3 в год, или около 5% речного стока, включая и сток с полярных ледников. Более достоверны сведения о подземном стоке в реки мира, которые впервые удалось получить по предложенному мною дифференцированному методу, освещенному в главе IV. Для всего земного шара он равен 12 000 км3 в год 1 , т. е. 1
Здесь и далее даются округленные величины.
немного меньше !/з полного речного стока, включающего и поверхностный сток. Общий объем подземного стока в реки составляет 10% от количества осадков, выпадающих на суше. В СССР, территорий которого занимает почти 15% площади всей суши, подземный сток в реки равен 1020 км3 в год, или немного менее 9% мирового подземного стока в реки. Следовательно, на территории СССР подземный сток относительно беднее, чем на суше в целом. Это удобнее сравнить, если перевести объемы стока в миллиметры слоя. Д л я всей суши слой подземного стока составляет 90 мм, а для СССР он в 2 раза меньше — 46 мм. Эти цифры не дают основания утверждать, что наша страна наиболее богата водными ресурсами, как это часто утверждается. Сравнение ресурсов пресных вод СССР с мировыми более подробно дано в гл. VII. Распределение подземных вод по территории и интенсивность их возобновления связаны с геологическим строением и географической зональностью. Оба этих фактора тесно переплетаются, и не всегда возможно разделить их влияние. Роль географической зональности в прошлом недооценивалась и все явления режима подземных вод связывались главным образом с геологическим строением. Теперь, однако, установлено, что комплекс компонентов природы (климат, почвенный покров, рельеф, растительность) оказывает существенное влияние на формирование подземного стока. Особенно это относится к подземным водам, дренированным реками, свидетельством чего служат зональные структурные зависимости водного баланса. Геологическое строение заметно влияет на местный круговорот воды и на водный баланс при существенных его отклонениях от обычных условий. Большое влияние оказывает карст. Это хорошо видно из сравнения водного баланса двух речных бассейнов Северной Италии (близ г. Савоны), которое сделано мною (Львович, 1945) на основании данных, опубликованных в гидрологических ежегодниках Италии. Поверхность одного из этих бассейнов — р. Летимбро занята карстом на 15%, а другого, р. Сансобия, вся закарстована (табл. 4). В закарстованных районах горные породы (обычно известняки или гипсы) интенсивно выщелачиваются, в результате чего создаются пустоты, подземные туннели, пещеры, в которых свободно циркулирует вода, просочившаяся с поверхности. В условиях полностью закарстованной, легко проницаемой территории вода быстрее просачивается вглубь, в меньшем объеме задерживается в верхних слоях горных пород и тем самым лучше сохраняется от испарения. Это способствует повышению стока в основном за счет устойчивой части подземного происхождения. В моем примере на двух речных бассейнах, схожих по всем признакам, кроме условий проницаемости и водоудерживающей способности горных пород в бассейне р. Сансобии, сплошь закарстованном, сток на 200 мм больше, а испарение
Таблица 4 Сравнение годового стока и испарения бассейнов двух рек — слабо закарстованного (р. Летимбро) и сплошь закарстованного (р. Сансобия)
Характеристика
Площадь бассейна, км2 Средняя высота бассейна, м . . . . Часть бассейна, занятого карстом, % Атмосферные осадки, мм Полный сток, мм Испарение (осадки минус сток), мм
р. Летимб- р. .Сансоро д о Пикбия д о Эллере кардо
33 404 15 1 360 744 616
41 500 100 1 376 950 426
почти на столько же меньше, чем на р. Летимбро, бассейн которой закарстован лишь на 15%. Подобная картина наблюдается на многих других реках Италии. Например, на реках Нера и Анио, бассейны которых закарстованы примерно на 80%, годовой сток почти на 300 мм больше стока, характерного для местных зональных условий. С другой стороны, на реках Тригно и Тибр, бассейны которых закарстованы только на 20%, измеренный сток близок к зональному стоку. Аналогичную закономерность выявил Л. К- Давыдов (1947) для некоторых рек СССР. Карстовые явления благоприятствуют усилению питания подземных вод и дренажу их реками. По этой причине реки становятся более водоносными, а расход воды на испарение снижается. Примерно такое же влияние на водный баланс, особенно на литогенное звено круговорота воды, оказывают хорошо проницаемые для воды вулканические туфы. Армянское нагорье» сложенное такими горными породами, отличается почти полным отсутствием поверхностного стока, так как при выпадении осадков и при снеготаянии вся вода быстро просачивается вглубь и питает подземные воды. В этих условиях формируются обильные источники подземных вод. При другом геологическом строении, например при наличии толщи рыхлых четвертичных отложений и слабопроницаемых почв, значительно' больше влаги аккумулировалось бы в почве и в условиях преобладания сухой погоды расходовалось бы на испарение в гораздо большем количестве. Подземные воды получали бы меньший приток, реки были бы менее водоносны, причем большое значение в их режиме имел бы поверхностный (паводочный) сток. Подобные влияния геологических факторов в формировании водного баланса чаще всего распространяются на сравнительно
небольшие площади. Вот почему влияние геологических условий на круговорот воды и водный баланс заметно сказывается преимущественно на малых реках. В больших речных бассейнах геологическое строение бывает разнообразным, поэтому выявить его роль в круговороте воды часто бывает трудно. ПОЧВЕННОЕ ЗВЕНО
К литогенному звену относится также и почвенное, поскольку почвенная вода связана с самой верхней частью земной коры. Вместе с тем имеются все основания для выделения почвенных вод, или, как чаще принято называть, почвенной влаги, в особое звено круговорота. Почвенная влага отличается от подземных вод некоторыми особенностями. Во-первых, почвенная влага связана с биологическими процессами в гораздо большей мере, чем подземные воды. Почвенный покров, к которому приурочена почвенная влага, представляет не чисто минеральную массу, слагающую горные породы, а содержит большее или меньшее количество гумуса. Во-вторых, почвенная влага в большей мере, чем подземные воды, связана с характером погоды. Во время дождей или при снеготаянии происходит инфильтрация, обогащающая почву влагой, но в сухое время она быстро расходуется на испарение. По этой причине содержание влаги в почве на большей части суши бывает неустойчивым. Испарение происходит не только с поверхности почвы; почвенная влага расходуется также на транспирацию, которая представляет исключительно важный процесс жизнедеятельности растений, причем корни растений поглощают влагу с той глубины, на которую они распространяются. Таким образом, почвенная влага представляет собой один из важных факторов жизнедеятельности растений. Вот почему испарение с суши нельзя рассматривать как бесполезный процесс. Он, как мы уже видели, играет большую роль в круговороте воды, так как обогащает атмосферу влагой. С этой точки зрения и испарению с поверхности океана принадлежит весьма важное значение в процессах водообмена. В тех случаях, когда почвенной влаги недостаточно, а другие компоненты плодородия почвенного покрова, а также тепловые ресурсы атмосферы имеются в избытке, применяется искусственное орошение, задача которого — обеспечить достаточным количеством почвенной влаги сельскохозяйственные культуры. Почвенной влагой, кроме того, питаются подземные воды. Просачивание почвенной влаги вглубь — второй источник расходования ресурсов почвенной влаги. Питание подземных вод очень интенсивно происходит в местах большого увлажнения почвы, особенно в лесах, где почвенный покров сильно разрых-
чей корневой системой растений и поэтому обладает высокими '„„фильтрационными и водопроводящими свойствами. Обильно питаются подземные воды т а к ж е и на участках, занятых озерами, водохранилищами и под руслами рек. Такие места, где почвенная влага и поверхностные воды проникают вглубь и питают подземные воды, известный русский почвовед и гидролог р. Высоцкий назвал потускулами. В засушливых районах потускулов немного и расход воды через них невелик, поэтому возобновимые запасы подземных вод в таких условиях меньше, iieM в хорошо увлажненных районах, где потускулы занимают значительные пространства и обладают большей водопропускающей способностью. Главным образом с этим явлением связана зональность подземных вод, о которой было сказано выше. Хотя единовременный объем почвенной влаги относительно невелик (см. гл. I, табл. 1), но она быстро сменяется и, как мы видели, играет большую роль в круговороте воды, в биогенных процессах и в хозяйственной жизни. Почвенное звено круговорота оказывает большое влияние не только на формирование подземных вод, но также и на водоносность и водный режим рек. Одним словом, почва — своего рода посредник между климатом, метеорологическими факторами, с одной стороны, и явлениями гидрологического режима (подземных вод, рек и озер) — с другой. Влияние почвенного покрова на круговорот воды и водный баланс суши весьма многообразно и существенно. Об этом можно судить по разработанным автором теоретическим кривым, характеризующим изменчивость элементов водного баланса в зависимости от некоторых водно-физических свойств почвы — инфильтрационной и водоудерживающей способности (рис. 2; Львович, 1963). Эти оба свойства влияют на элементы водного баланса независимо один от другого, а совокупно, что нашло отражение на теоретических схемах (рис. 2). Левый график показывает, как изменяются элементы водного баланса в том случае, когда инфильтрационная и водоудерживающая способности возрастают или уменьшаются параллельно. На правом графике та же задача решается при обратном соотношении этих ж е свойств почвы, т. е. когда при росте инфильтрационной способности уменьшается водоудерживающая или когда при уменьшении первого свойства второе увеличивается. В природе наблюдаются оба случая. Проследим, как изменяются элементы водного баланса в зависимости от водно-физических свойств почвы. Сначала рассмотрим случаи, когда инфильтрационная и водоудерживающая способности меняются параллельно. При очень малой инфильтрационной и водоудерживающей способностях основная масса осадков расходуется на поверхностный сток; отсутствует или очень незначителен источник испарения — почвен-
Рис. 2. Теоретические схемы влияния почвы на элементы водного баланса территории Р — осадки, R — полный речной сток, U — подземный сток в реки, S — поверхностный сток, W — валовое увлажнение территории, В — испарение
ная влага, а поэтому мало воды расходуется на испарение; питание подземных вод очень слабое; полный речной сток также велик, но он в основном состоит из поверхностных (паводочных) вод, а в периоды между паводками реки пересыхают, так как получают скудное питание за счет подземных вод. При большой инфильтрадионной и водоудерживающей способностях величины всех элементов водного баланса резко меняются: уменьшается поверхностный сток, но возрастает испарение. Питание рек подземными водами достигает максимума не при максимальных инфильтрадионной и водоудерживающей способностях, а при их оптимальных (средних) значениях. При обратном соотношении этих свойств почвенного покрова (правый рис.) все элементы водного баланса также подвергаются существенным изменениям. Следуя за кривыми слева направо, мы видим, что поверхностный сток резко уменьшается, а подземный, наоборот, резко увеличивается; испарение мало при крайних значениях водно-физических свойств почвы, но достигает максимума при их средних значениях, а полный сток изменяется в обратной зависимости: он повышается при крайних значениях воднофизических свойств почвы и снижается до минимума при средних значениях. Все эти изменения элементов водного баланса рассматриваются при одинаковых климатических условиях. Атмосферные осадки во всех случаях приняты неизменными. Так сделано для того, чтобы воднобалансовую роль почвенного покрова выявить в чистом виде. Это помогает разобраться в факторах, действующих на элементы водного баланса, или в генезисе водного баланса. Еще сравнительно недавно многие ученые считали, что главным действующим фактором гидрологического режима и водного баланса является климат, в основном атмосферные осад-
ки, а другие факторы, особенно литогенное звено, недооцениВ противовес этому одностороннему направлению наукой было выдвинуто комплексное направление гидрологических и с с л е д о в а н и й , которое придает генетическое воднобалансовое з н а ч е н и е всем тем факторам, которые оказывают свое влияние на характер круговорота воды и водный баланс. Почвенный покров, как мы видим, представляет собой своего рода арену, на которой развертываются многие процессы круговорота воды: в процессе инфильтрации образуется почвенная влага, она расходуется на испарение и транспирацию, а также питает подземные воды. Чрезвычайно важно, что на водный баланс влияют не только устойчивые естественные водно-физические свойства почвенного покрова. Эти свойства подвергаются преобразованиям в результате сельскохозяйственной обработки почвенного покрова или путем посадок леса. Аналогичный результат достигается осушением заболоченных земель, урбанизацией и промышленным строительством. Трудно переоценить возможность искусственных изменений водно-физических свойств почвенного покрова. Это мощное средство используется для преобразования водного баланса в необходимом ему направлении. Этот вопрос подробнее будет рассмотрен в гл. X. Воднобалансовая роль почвенного покрова изучена не только теоретически. Экспериментальные исследования позволяют выявить ее путем изучения водного баланса на специальных воднобалансовых площадках, описанных в другой моей книге (Львович, 1963). Достоверность таких экспериментов существенно зависит от размеров площадок и от метода, применяемого для их выбора. Но если методу исследований не придается должного значения, если объекты экспериментальных исследований выбраны неудачно, то никакими стараниями не удается получить обоснованных результатов. Такие неудачные эксперименты, к сожалению, не представляют редкость. Вот почему среди результатов экспериментальных исследований довольно часто встречаются противоречивые выводы. Однако если тщательно разобраться в методе получения данных, то «противоречие» оказывается вполне закономерным. Например, существует много видов пашни; если сравнивать водный баланс участков, различно вспаханных, то, не считаясь с этими различиями, результат окажется противоречивым. То же относится к лесу; леса отличаются по типу древостоя, по его возрасту и бонитету, по характеру эксплуатации; важно, например, знать, производится ли выпас скота в лесу или нет, так как при выпасе почвенный покров уплотняется и утрачивает высокую инфильтрационную способность, свойственную естественным лесным почвам. Все эти «детали» играют большую роль в местном круговороте воды, в формировании водного баланса суши. вались.
Влияние почвенного покрова на элементы водного баланса в соответствии с теоретическими закономерностями, показанными на рис. 2, можно иллюстрировать на нескольких примерах на основании результатов экспериментальных исследований. Обобщение материалов наблюдений над поверхностным стоком с отдельных угодий в зоне смешанных лесов Европейской части СССР, в пределах района с однообразными климатическими условиями, на основании анализа данных 14 экспериментов показало, что коэффициенты весеннего стока с различных угодий, по исследованиям С. В. Басса (1963), колеблются в пределах от 0,01 до 0,53 в зависимости от характера угодий и механического состава почвенного покрова. Угодья и механический состав характеризуют водно-физические свойства почвенного покрова. Почвы на лугах обладают худшей инфильтрационной способностью, чем на пашне, и особенно отличаются от инфильтрационных свойств лесных почв, способных впитывать огромное количество воды. По этой причине, например, на супесчаных почвах коэффициент стока на лугу и залежи в И раз больше, чем в лесу, а на песчаных почвах — даже в 20 раз. Этот вывод вполне согласуется с теоретическими кривыми, показанными на рис. 2. Суглинистые почвы на лугу и залежи наиболее близко соответствуют левым частям первого графика, где поверхностный сток при низкой инфильтрационной способности весьма велик. Сток в лесу, особенно на песчаных почвах, соответствует условиям правой части левого графика, когда при весьма высокой инфильтрационной способности сток оказывается очень малым. Существенно различается структура водного баланса леса и поля. На этих двух угодьях существенно отличаются между собой все элементы водного баланса, но особенно структура стока: на лугу преобладает поверхностный сток, а в лесу он ничтожно мал. Суммарное испарение в лесу больше, но особенно велики различия в его структуре: в лесу велики транспирация и расход осадков на испарение с полога леса. Благодаря малым потерям на поверхностный сток 1 в лесу валовое увлажнение почвы больше. Исключительно важно, что сумма почвенного и подземного стока здесь в 2 раза больше, 1 К потерям, как это часто практикуется в гидрологии, относят расход воды на инфильтрацию, испарение с почвы и на питание подземных вод исходя из концепции, согласно которой считается полезной только речная вода. В действительности, если оценить значение всех элементов водного баланса и не считать речную воду как самое главное звено круговорота, хотя и важное, то к потерям следует отнести поверхностный сток, представляющий собой утрату воды для данной территории. Вместе с тем почвенная влага как один из основных компонентов плодородия почвы с точки зрения интересов человека является более важным элементом, чем речная вода.
чем в поле. Почвенный сток, концентрируемый на относительном водоупоре нижних слоев почвы, наиболее характерен для леса, а в поле, где велики потери воды на поверхностный сток, его почти не бывает. Различия в водном балансе леса и поля обусловлены главным образом почвенным покровом. Основная особенность лесных почв — чрезвычайно высокая инфильтрационная способность, если она не нарушена хозяйственной деятельностью. Вместе с тем водоудерживающая способность леса небеспредельна, поэтому значительная часть воды, поглощенной почвой, расходуется на питание подземных вод. Важно подчеркнуть, что в лесу количество воды, впитываемой почвой благодаря корневой системе, способствующей оструктуриванию почвы, намного больше, чем в поле. Именно в этом заключается основное водоохранное свойство леса. Древостой в данном случае способствует формированию особых качеств почвы. Таким образом водоохранные свойства леса связаны с почвой. Высокопродуктивные леса обладают значительной транспирационной способностью, поэтому расход воды на испарение с территории, занятой лесом, часто бывает больше, чем с безлесной площади. В истории развития представлений о гидрологической роли леса такая его способность неоднократно рассматривалась как отрицательное свойство. Предлагалось д а ж е уничтожать леса, чтобы увеличить речной сток. Дискуссия о гидрологической роли леса, продолжавшаяся несколько десятилетий, закончилась в пользу леса, и его положительные водорегулирующие свойства получили общее признание. С 1936 г. в СССР существует закон о водоохранных лесах. Основная ошибка в предпосылках к этой дискуссии заключалась в недоучете того, что транспирация не является бесполезным расходом воды, так как транспирируемая вода идет на производство растительной массы — древесины, сельскохозяйственных культур и принадлежит к наиболее высоким формам использования водных ресурсов. Велика ли польза от низкой транспирации леса, если следствие ее — низкая продуктивность древостоя? Конечно, лучше, когда лес высокопродуктивный, хотя и расходует больше воды на транспирацию. Более того, коэффициент полезного действия воды, т. е. количество воды, расходуемой на производство единицы растительной массы в таком лесу, выше, чем в непродуктивном. Здесь полная аналогия с характером водного баланса на неурожайном и урожайном полях. Следует подчеркнуть, что основное гидрологическое значение леса, как уже сказано, заключается в его водорегулирующих свойствах. Благодаря высокой инфильтрационной способности лесных почв, которая по крайней мере в 2—3 раза выше, чем на полях, снеговые и дождевые воды хорошо усваиваются почвой. Примером могут служить результаты эксперимен-
тальных данных, проведенных И. С. Васильевым (1954), показавших, что в лесу поверхностный сток практически отсутствует и не превышает 3% годовых осадков, а на лугу он повышается до 38%. Вместе с тем почвенный и подземный сток в лесу составляет 42% осадков, а в поле — только 18%. Именно в этом заключается главный эффект гидрологического действия лесов — они усиливают литогенное звено круговорота воды. По этой причине на реках с лесными водосборами устойчивый сток подземного происхождения больше, чем на безлесных. Общая водорегулирующая способность лесов СССР, как показывают приближенные расчеты, эквивалентна водохранилищам с полезной емкостью приблизительно 200 км3[год. Эта цифра подчеркивает полезные гидрологические свойства лесов независимо от количества воды, расходуемой ими на испарение. Теперь нам нужно оценить возможности сохранения или даже усиления водорегулирующих свойств лесов, сочетая решение этой задачи с их эксплуатацией. Теория, экспериментальные исследования и практика показывают, что регулярные рубки леса в пределах его прироста и при соблюдении ряда других правил не противопоказаны водорегулирующим свойствам. Но чрезвычайно важно при этом сохранять высокие инфильтрационные свойства лесных почв. К сожалению, это правило часто нарушается, особенно в результате применения тяжелых трелевочных тракторов. Вместе с тем хорошие результаты дал лебедочный метод трелевки леса, позволяющий транспортировать срубленные деревья по канатной дороге. Гораздо меньше вреда наносит также конная трелевка, особенно в зимних условиях. Несомненно, перспективным является применение для трелевки леса вертолетов. Чрезвычайно важно решить вопрос о предотвращении повреждений почвенного покрова в процессе промышленных рубок. Иначе территории, на которых вырубается лес, утрачивают свои водорегулирующие свойства. Если на возобновление леса на месте рубок требуется 8—12 лет до смыкания крон, то для возобновлений нарушенных инфильтрационных свойств лесных почв требуются десятилетия. При правильно организованных лесозаготовках можно не только не нарушать инфильтрационные свойства леса, но даже способствовать закладке на месте рубок более высокопродуктивных лесов и этим содействовать дальнейшему повышению водорегулирующих свойств леса. Д л я освещения гидрологической роли лесов здесь я ограничиваюсь одним примером по Европейской части СССР и отсылаю к другой книге (Львович, 1963), в которой показано, как лесная почва влияет на элементы водного баланса в других районах мира. Но задача такого сравнения не проста не только в связи с тем, что необходимых для этой цели эксперименталь-
н ых
материалов немного, но главным образом из-за разных меподходов. Конечно, от метода, положенного в основу исследования, в большой степени зависят его результаты и выводы. В связи с этим имеющиеся данные по гидрологии леса разных авторов из разных стран потребовали анализа, и н о г д а кропотливого и сложного, для того чтобы сделать их сравнимыми и наделенными на решение интересующей нас затодологических
дачи.
Результаты этого анализа привели к весьма интересным выводам, изменившим некоторые представления о гидрологической роли леса и лесной почвы как главнейшего для гидрологии элемента этого биогеоценоза или экосистемы. Нельзя не упомянуть о роли городов, индустриальных инфраструктур в круговороте воды и водный баланс. На гидрологическую роль городов стали обращать внимание недавно, и мне еще не известны обобщающие результаты исследований этого преобразующего водный баланс фактора. Не приходится, однако, сомневаться, что застройка, асфальтированные улицы и дороги, горные открытые и подземные выемки, терриконы и отвалы обогатительных фабрик, свалки мусора и другие факторы, резко меняющие условия формирования водного баланса, заслуживают самого серьезного внимания и первоочередного изучения. Можно заранее предвидеть, что результаты таких исследований покажут в ряде случаев отрицательное влияние городов и промышленных инфраструктур на водный баланс. Очевидно, следует ожидать, что поверхностный сток в таких условиях усиливается (и, кроме того, обогащенный загрязнениями, смываемыми с улиц, служит источником загрязнения рек и водоемов). В то же время питание подземных вод ослабляется. Этот фактор вряд ли существенно влияет на общий круговорот воды при сравнительно небольшой площади, занятой городами и промышленными предприятиями. Но в некоторых небольших странах Европы города уже сейчас занимают до 10% территории. Учитывая перспективы роста городов, этот фактор приобретает все большее гидрологическое значение. Подробный анализ почвенного звена круговорота воды подтверждает мои взгляды на гидрологическую роль этого компонента природы. Почва, как показали исследования (Львович, 1950-а, 1950-6, 1950-в, 1952, 1954, 1956, 1963, 1971-а, 1971-6 и др.), занимает после климата второе место по своему значению среди гидрологических факторов. Часто ее гидрологическая роль еще недооценивается, несмотря на то что основы гидрологии почв были заложены еще в прошлом столетии А. И. Воейковым,В.В.Докучаевым, А. А. Измаильским, Бельграном и в текущем — Г. Н. Высоцким, А. А. Роде и другими. Почва играет роль посредника между климатом и водным балансом, в том числе и речным и подземным стоком. Ни одно явление водного баланса не минует почву. Вот почему тео-
рия науки и весь предшествующий опыт гидрологии требуют самого пристального внимания к гидрологической роли почвы, <5ез чего не могут быть правильно поняты многие гидрологические явления и процессы. РЕЧНОЕ ЗВЕНО
Речное звено круговорота воды изучено лучше других. И это не случайно. Человек издавна селился вдоль рек, продвигался по рекам в неведомые страны, пил речную воду, ел рыбу, выловленную в реках. С развитием производительных сил человек стал использовать речные воды для орошения, а в дальнейшем— в качестве источника энергии, сначала возводя на них примитивные мельничные колеса, а затем гидроэлектростанции вплоть до современных мощностью в несколько миллионов киловатт. Древние культуры многих народов неразрывно связаны с реками: египетская — с Нилом, ассирийская и вавилонская — с Евфратом и Тигром, индийская — с реками Инд и Ганг. Люди зависели от режима рек — страдали от их наводнений и вместе с тем использовали разливы для орошения полей. Но все это служило толчком к познанию свойств и закономерностей водного режима. Уже в XX в. до н. э. в Древнем Египте проводились наблюдения над уровнями воды Нила. В Асуане сохранился древнейший нилометр. Нилометр более позднего времени существует на о-ве Рода в черте г. Каира. Эти сооружения находились в ведении жрецов, вещавших народу, какой ожидается урожай. Такая связь между уровнями воды в реке и урожаем не случайна: при высоких паводках разлив реки распространялся на большую площадь и был более продолжительным, что сулило высокий урожай, при низких паводках урожай снижался. С начала мусульманской эпохи на каирском нилометре ежегодно отмечалась высота паводка. Так сохранились сведения о паводочных подъемах уровней Нила почти за 12 столетий. История России также связана с реками: на ее заре — с Днепром, потом — с Волгой. Знаменитый «путь из варяг в греки» проходил по Западной Двине и Днепру. Походы Ермака по Тоболу и Иртышу, Пояркова и Хабарова по Амуру сыграли большую роль в развитии России. Одно из первых географических произведений Русского государства — «Книга большому чертежу...», составленная в начале XVII столетия, в основном была посвящена по-верстному описанию рек. Существенная роль в освоении Северной Америки принадлежит рекам Святого Лаврентия, Миссисипи, Большим озерам, в освоении Южной Америки — рекам Паране, Парагваю, Уругваю и Амазонке. Несмотря на то что все большие реки Аф-
рики (Нил, Нигер, Конго, Замбези, Оранжевая и др.) изобилуют порогами и водопадами, они играют большую роль в жизни людей этого материка. В связи с тем что речной сток является основным источником воды, используемым людьми, этому звену круговорота уделено особое внимание, и его отдельные аспекты рассматриваются ниже в ряде других глав. Поэтому в настоящем разделе следует, по-видимому, ограничиться лишь характеристикой самых общих черт этого звена круговорота. Роль рек в процессе круговорота заключается в возвращении океану той части воды, которая переносится в виде пара атмосферой с океана на сушу. По этой причине с океана испаряется больше воды, чем выпадает в виде осадков, на величину, соответствующую годовому стоку всех рек в океан. В то же время с суши испаряется в целом меньше воды, чем выпадает атмосферных осадков на ее поверхность. Освещая литогенное и почвенное звенья круговорота воды, я уже говорил о некоторых условиях питания рек. Все источники питания рек делятся на две группы: поверхностные и подземные. Поверхностный сток, или вода, стекающая в русла рек по поверхности почвы, может быть разного происхождения. От таяния снежного покрова образуется снеговой сток, при выпадении дождей — дождевой. В особую группу выделяется высокогорный снеговой (т. е. от таяния многолетних снегов) и ледниковый сток. Различие в снеговом стоке равнинных и высокогорных районов заключается в том, что первый обычно наблюдается весной, а в горах, как и на Крайнем Севере,— летом. Высокогорное питание рек часто называют альпийским — по аналогии с реками Альп, впервые изученными в этом отношении. На окраинах полярных ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды образуются своеобразные реки, текущие среди ледяного поля в руслах изо льда. Они появляются на период короткого полярного лета и питаются за счет абляции поверхности ледяных щитов. Интересно, что из года в год такие реки образуются в одних и тех же руслах. Следовательно, они носят постоянный характер и подобны рекам сухих степей, полупустынь и пустынь, питающихся в течение коротких периодов таяния снежного покрова и выпадения обильных дождей. В периоды между снеготаянием и между дождями реки этих районов пересыхают, в связи с тем что они слабо питаются подземными водами или подземный сток в них вовсе отсутствует. Все виды поверхностного стока образуют на реках паводки, продолжительность которых меняется в значительных пределах. На многих больших реках, таких, как Волга, Обь, весеннее половодье снегового происхождения длится три-четыре месяца. Столь продолжительные паводки образуются в результате неодновременного начала таяния в различных частях бассейна (раньше — на юге, позже — на севере), а также под влиянием
процессов добегания и руслового регулирования, удлиняющих продолжительность паводков. Продолжительные паводки образуются и на горных реках. На таких реках, хотя и с небольшими водосборами, паводки растягиваются, потому что таяние снежного покрова охватывает сначала низкогорные части бассейна, затем постепенно распространяется на более высокие •части бассейна, и наконец в середине или во второй половине лета происходит таяние многолетних снегов и ледников в наиболее высоких частях гор. Продолжительные паводки характерны и для тропических рек, особенно для рек экваториальных областей в пределах зоны вечнозеленых влажных лесов, где большую часть года занимает дождливый период. На таких реках (Амазонке, Конго) не успевает закончиться один паводок, как наступает другой и паводковый режим длится большую часть года. На небольших горных и равнинных реках от ливневых интенсивных дождей образуются кратковременные паводки, продолжающиеся несколько суток, а иногда только несколько часов. В этом отношении весьма характерны вади Сахары, омурамбо Калахари и крики Австралии. Реки этого типа представляют собой сухое каменистое или песчаное русло, в котором один раз в течение года или д а ж е в течение нескольких лет интенсивный ливень вызывает бурный кратковременный паводок. У нас в Южном Заволжье и Северном Казахстане распространены реки, питающиеся только весной во время снеготаяния. В остальное время года они большей частью лишены стока и разделяются на плесы, между которыми русло в течение 9—11 месяцев остается сухим. С точки зрения интересов человека поверхностный сток с территории полей, лугов, лесов больше отрицательное явление, чем положительное. Во-первых, он источник безвозвратных потерь воды для сельскохозяйственных полей, что особенно ощутимо в районах недостаточного увлажнения. Во-вторых, в процессе стекания воды по поверхности происходит смыв почвы, образуются промоины и овраги; в горах возникают грозные грязе-каменные потоки — сели; эрозия наносит огромный вред хозяйству. В-третьих, поверхностный сток, как уже было сказано, образует паводки, вызывающие разливы рек и наводнения, наносящие большой ущерб хозяйству. Наконец, паводочный сток для большей части хозяйственных потребностей нельзя использовать без предварительного регулирования с помощью водохранилищ или мелиоративных сооружений, требующих больших затрат. Исключение представляет летнее половодье снего-ледникового происхождения на горных реках: вода используется для орошения засушливых районов, прилегающих к горам. Ценность воды таких паводков возрастает, в связи с тем что время их формирования совпадает с периодом вегетации, когда требу-
наибольшее количество воды для орошения. Положительная роль половодья на горных реках особенно ярко выражена в Средней и Центральной Азии, западных штатах США и некоторых других районах. Условия питания рек подземными водами будут рассмотрены в связи с методом его оценки. В общем виде он заключается в анализе годовых графиков речного стока, который производится на основании сопоставления стока с выпадением осадков, хода снеготаяния и температуры воздуха в бассейне данной реки. Чрезвычайно важная черта речного звена круговорота воды заключается в том, что оно не ограничивается переносом чистой воды. Вода в процессе своего движения в горных породах до выхода ее в реки, а также стекая по поверхности растворяет горные породы и почву и обогащается растворенными ионами. Механическая работа воды служит причиной эрозии, в результате которой вода обогащается наносами. Таким образом, в процессе круговорота происходит не только перемещение огромных масс воды, но и перенос с суши в океан (или в бессточные озера) продуктов химической и механической денудации. Достаточно сказать, что средний для суши суммарный годовой слой денудации достигает 0,08 мм, а в некоторых районах он значительно больше. Отсюда ясно значение речного звена круговорота как рельефообразующего фактора. В образовании рельефа эрозия (фактор морфоскульптуры) сочетается с процессами морфоструктуры, вызванной тектоническими процессами (Герасимов, 1946, 1959-а). По этой причине характер и направленность рельефообразующих факторов как результата сочетания этих двух разных процессов бывают самыми разнообразными. Отдельные части суши повышаются, другие — понижаются под влиянием тектонических процессов, но влияние на поверхность суши выноса речной водой наносов и растворенных веществ в океан носит односторонний характер — суша понижается, и в геологическом аспекте времени это понижение происходит довольно интенсивно. Нужно, однако, иметь в виду, что полученные приближенные выводы об интенсивности выноса продуктов эрозии относятся приблизительно к истекшим трем-четырем десятилетиям и отнюдь не характеризуют это явление за более продолжительные периоды. Это связано с тем, что эрозионные процессы в значительной мере обусловлены антропогенными факторами, характер и д а ж е направленность которых существенно изменяется во времени. Еще в большей мере интенсивность эрозии изменялась в геологическом разрезе времени под влиянием крупномасштабных колебаний климата и большого размаха тектонических процессов. ется
ОЗЕРНОЕ ЗВЕНО
Озерное звено круговорота воды неразрывно связано с речным. Озер, не связанных с реками, очень мало: они либо проточны, либо в них впадают реки. Что наиболее характерно для озер как для одного из звеньев круговорота воды? Во-первых, испарение, которое с поверхности озер больше, чем с суши, их окружающей. Происходит это потому, что бывают периоды, когда почва на поверхности суха, и влага, расходуемая на испарение, отсутствует. Вода же в озерах всегда есть, и испарение с них не прекращается. Например, с Каспийского моря испаряется ежегодно слой почти метровой мощности, а в прибрежных районах, большей частью засушливых, вся вода, выпавшая в виде осадков, 200— 300 мм, т. е. в 3—5 раз меньше, чем с поверхности воды. В районах лучше увлажненных (на севере или в экваториальной зоне, где в почвенном покрове почти всегда имеется влага) разница в количестве воды, испаряющейся с суши и с поверхности озер, уменьшается. Атмосфера получает ежегодно примерно 500—600 км3 дополнительной воды за счет испарения с озер, но в сравнении с общим количеством воды, расходуемой на испарение, эта добавка весьма незначительна. Если оценить эту роль озер, включая болота, также расходующие на испарение больше воды, чем окружающие незаболоченные части суши, то указанную величину нужно примерно утроить, но и тогда она едва достигнет 3% общего расхода воды на испарение с суши. Главная роль проточных озер в круговороте воды — регулирование речного стока, его выравнивание во времени. Примерами могут служить р. Нева, сток которой хорошо зарегулирован целой системой озер, в том числе крупнейшими в Европе — Ладожским и Онежским. Река Ангара почти идеально зарегулирована глубочайшим в мире и наибольшим в Азии оз. Байкал. Другой классический пример—сток р. Святого Лаврентия, зарегулированный системой Великих озер. Однако водорегулирующее значение еще в большей степени имеют искусственные озера — водохранилища. По новейшим данным, на земном шаре создано около 1350 водохранилищ, имеющих объем более 100 млн. мъ. В СССР создано 150 таких больших водохранилищ. Суммарный объем всех указанных водохранилищ на земном шаре несколько превышает 4100 км3, а в СССР —810 км3 (Авакян и др., 1971). На основании этих данных (см. гл. VII) определен объем стока, регулируемый водохранилищами, который приблизительно оценен в 1855 км3. Благодаря этому ресурсы устойчивого стока рек земного шара увеличены на 15%. В СССР водохранилищами можно зарегулировать не менее 300—320 км3 речного стока, что увеличивает ресурсы устойчивого стока стра-
ны приблизительно на 30%. Эти данные свидетельствуют о большом масштабе преобразований речного стока водохранилищами. Процесс регулирования увеличил ресурсы пресных вод, наиболее доступных для использования. Вместе с тем регулирование позволяет уменьшить паводки и тем самым снизить масштабы речных разливов и ущерб, вызываемый ими. Важная особенность озер и водохранилищ состоит в том, что они представляют собой более или менее замкнутые биогеоценозы, или экологические системы, в которых протекает сложный комплекс взаимосвязанных процессов: механического характера (течение, волнение, движение наносов), физического (термические, ледовые явления), химического и биологического. В водоемах высокой степени проточности эти процессы приближаются к условиям рек. Но большие озера с относительно слабой проточностью (например, такие, как Байкал, Ньяса, Танганьика, Виктория, Верхнее, Мичиган), имеющие больший объем водной массы по сравнению с ее притоком, отличаются своеобразием экосистем. Такие экосистемы наиболее чувствительно реагируют на различные хозяйственные воздействия, особенно отрицательно на любые органические загрязнения. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗВЕНО
Это звено круговорота воды очень сложно и многообразно. Я остановлюсь на наиболее важных его свойствах, непосредственно связанных с круговоротом. Общеизвестно, что в жизни животных и растений вода имеет огромное значение. Они в большей своей части состоят из воды. В организме человека содержится 3/4 воды, т. е. примерно 40 л. В масштабе круговорота воды на Земле это совсем немного. Гораздо больше воды требуется людям для питья. По принятым в СССР нормам, рассчитанным, по-видимому, на засушливые районы, где потребность в питьевой воде больше, суточное физиологическое потребление воды принято в 3—4 л в сутки на одного человека. В СЩА считается достаточным 1—2 л, что, несомненно, преуменьшено. Во Франции принята норма 2,5—3 л — это, очевидно, наиболее близко к средней питьевой норме для всего человечества. Если принять эту норму, то на удовлетворение физиологической потребности одного человека расходуется около 1 м3 воды в год, а на всех людей — 3,3 км3. Больше воды потребляется домашними животными (табл. 5). Учитывая, что поголовье скота за десять истекших лет несколько выросло и что в табл. 5 отражены не все домашние животные, примем общее годовое потребление равным 25— 30 км3.
Таблица 5 Мировое потребление воды домашними животными
Животные
Крупный рогатый скот Свиньи Овцы Лошади, мулы, верблюды . . .
Суточная норма потребления, л
40 15 10 40 —
Поголовье (по данным на 1962— 1963 гг.), млн. голов
Объем потребляемой воды, км3
983 554 1006
14,2 3,0 3,9
64
0,9
амкз
—
22,0
Неизвестно, сколько воды потребляют дикие животные, но„ по всей вероятности, не больше, чем все домашние. В итоге все живые организмы суши расходуют для питья не более 50 км s в год. Эта величина очень невелика в сравнении с любым элементом водного баланса Земли. Нужно еще учесть, что почти вся вода, потребляемая людьми и животными, в конце концов испаряется и возвращается в общий круговорот воды. Однако это не означает, что вода, использованная в данном месте, вернется на это же место, так как, испарившись, она переносится атмосферой и может выпасть в виде осадков далеко от места водозабора, и притом, вероятнее всего, на поверхность океана. Независимо от объема потребляемой воды физиологическое значение этой статьи расходования водных ресурсов в жизни людей и животных исключительно велико. Дальше мы увидим» что удовлетворить всех людей и животных питьевой и даже хозяйственной водой при любой численности населения не представляет сколько-нибудь сложной задачи: не этот вид потребности создает напряжение в использовании водных ресурсов. Гораздо более сложным является устранение загрязнений, вызываемых отходами животноводства и сточной водой городских канализаций, сбрасываемых в реки и водоемы. Основные помехи в использовании водных ресурсов в условиях будущегосвязаны с качеством воды, о чем подробно сказано в следующем разделе. К биологическому звену круговорота воды относятся и водные животные и растения, для которых моря, озера, реки — среда существования. Лов рыбы и морских животных составляет заметную часть пищевого рациона людей. В будущем продукты океана, несомненно, приобретут еще большее значение. Важнейший биологический процесс, обеспечивающий существование на Земле всего органического мира,— фотосинтез про-
исходит при участии воды. В результате этого процесса растения из углекислоты и воды синтезируют крахмал, белки, жиры, которые в свою очередь служат пищей для людей и животных. В процессе фотосинтеза входящий в состав воды водород вместе с углеродом, поглощаемым из воздуха, образуют питательные вещества, а растения отдают в воздух кислород. Обогащение кислородом атмосферы происходит не только за счет растительности суши, но и за счет океанического фитопланктона. Этому процессу поглощения растениями углерода из атмосферы и отдачи в воздух кислорода принадлежит исключительно важная роль. Не будь этого процесса, дыхание людей, животных и особенно такие антропогенные факторы, как сжигание уКля, нефти и других горючих материалов, привели бы к обеднению воздуха кислородом и обогащению его углеродом. В таких условиях органическая жизнь была бы невозможна. Д а ж е при наличии процесса фотосинтеза за истекшие 50 лет содержание углерода в воздухе почти удвоилось. Обеднение воздуха кислородом и обогащение углеродом ожидается и в будущем. Вот почему растительный мир при любых условиях необходимо умножать. К биологическим процессам, наиболее ощутимым в круговороте воды, относится транспирация, представляющая сложный, важный для жизнедеятельности растений процесс. При поглощении почвенной влаги корнями растений с водой в растение поступают растворенные в воде минеральные и органические вещества—пища растений. Жизнедеятельность растений, прирост растительной массы, урожай зависят от регулярности поступления воды. Но процесс транспирации важен также и для регулирования температуры растения. Не будь транспирации, растения погибали бы от перегрева. Благодаря потерям тепла, которые происходят при испарении воды, температура растения понижается. В каких-то пределах этот процесс регулируется самим растением — в жаркую погоду устьица, расположенные на листьях, раскрываются шире и этим способствуют усилению испарения и понижению температуры, а при более низкой температур е — меньше. Таким образом, хотя транспирация — физический процесс, но от обычного испарения с неживого вещества она отличается некоторыми возможностями регулирования самим растением. Поэтому процесс транспирации вместе с тем является и физиологическим процессом. Количество воды, транспирируемой различными растениями, колеблется в больших пределах. В засушливых странах распространены ксерофитные растения, обладающие способностью транспирировать относительно малое количество воды. Транспирационную способность растений часто оценивают по коэффициенту транспирации, характеризующему объем воды, который должен израсходоваться для образования единицы веса сухого вещества растения. Например, для образования 1 г
наземной растительной массы пшеницы, т. е. зерна и соломы, расходуется 300—500 м 3 воды. Расход воды на транспирацию зависит от большого числа факторов: от характера самого растения (степени его ксерофитности), от условий погоды, от наличия влаги в почве. В сухую жаркую погоду растение нуждается в расходовании большого количества воды на транспирацию. Если в почве ее недостаточно, растение увядает. Корни растений всасывают почвенную влагу с разных глубин. Корневая система пшеницы распространяется на глубину до 2—2,5 м, корни дуба иногда проникают на глубину до 20 м. Благодаря этому растение меньше зависит от колебаний увлажненности поверхностного слоя почвы, так как на глубине влажность почвы более устойчива. Глубина же проникновения корней часто связана с расположением увлажненного слоя почвы или грунта. Так, на орошаемых полях, хорошо обеспеченных влагой на небольшой глубине, основная часть корневой системы пшеницы (85—90%) ограничивается слоем почвы до 40 см от поверхности, а на неорошаемом поле, как сказано, достигает глубины 2,5 м. Так же и деревья — в засушливых местах их корневая система проникает до ближайших горизонтов грунтовых вод. Испарение с почвы нельзя рассматривать изолированно от транспирации. Под пологом леса с поверхности почвы испаряется мало воды, независимо от ее наличия на поверхности. Так происходит потому, что солнечная радиация слабо проникает через кроны деревьев. Кроме того, под пологом леса скорость движения воздуха замедляется, и он больше насыщен влагой. В этих условиях основная часть испаряющейся влаги происходит за счет транспирации. Соотношение между транспирацией, которая по существу является продуктивным испарением, и испарением непосредственно с почвы — непродуктивным меняется от сезона к сезону в зависимости от фаз развития растений. На культурных полях до посева весь расход воды на испарение происходит за счет непродуктивного. С развитием травостоя непродуктивное испарение уменьшается, а продуктивное постепенно увеличивается. Д о фазы выхода в трубку, когда почва покрывается сплошным травостоем, продуктивное испарение составляет всего лишь 25% суммарного (непродуктивное— 75%), а между фазами (выход в трубку — цветение) продуктивное испарение на поле, занятом пшеницей, возрастает до 60%, а непродуктивное вследствие затененности почвы стеблями растений снижается до 40% суммарного. Наиболее надежные данные о транспирации дает лизиметрический метод, но он не очень широко применяется из-за своей громоздкости. Автор в течение ряда лет изучал транспирацию этим мето-
Таблица 6 Транспирация и непродуктивное испарение Испарение, мм Сельскохозяйственная культура и место наблюдений
Яровая пшеница, Каменная степь . . . . Орошаемая пшеница. Южное Заволжье
в том числе суммарное транс- (непропирадуктивция 1 ное
173 397
84 204
89 193
Транспирация, %
48 51
Коэффициент транспирации
450 320
дом. Некоторые из результатов исследований помещены в табл. 6. Они показывают, что транспирация за период вегетации составляет около половины суммарного испарения. При более высокой агротехнике продуктивное испарение за период вегетации достигает 65% суммарного испарения. Нужно, однако, учесть, что за 10—15 суток от схода снежного покрова до посева в нашей степной зоне с почвы испаряется довольно много воды. В это время почва наиболее хорошо увлажнена, а растительность отсутствует. Расход воды на испарение с почвы продолжается также после уборки урожая. Предпринимаются специальные меры для снижения непродуктивного испарения: боронование полей, лущение стерни и др. Более подробные сведения о транспирации и непродуктивном испарении по результатам детальных экспериментальных исследований, проводимых на Курском стационаре Института географии АН СССР, приведены в работах А. М. Грина и Т. А. Савельевой (1971); А. М. Грина и др. (1971-а); А. М. Грина, Т. А. Савельевой, Е. П. Чернышева (1972); Т. А. Савельевой (1972). Семилетние исследования на полях, занятых яровым ячменем (табл. 7), показывают, что при общем расходе почвенной влаги на испарение за теплую часть года в 450 мм непродуктивное испарение (непосредственно с почвы) составляет 292 мм, а продуктивное испарение—158 мм, или 35%. В отдельные годы в зависимости от условий погоды и развития культуры транспирация колеблется в пределах от 29 до 45%. Средний коэффициент транспирации ячменя в условиях Курской области — 200 т воды на 1 т сухой массы, при колебаниях в отдельные годы — в пределах от 138 до 305 т. Характерно, что высокий коэффициент транспирации относится к наиболее засушливым годам. В неурожайном году (1965) на 1 т зерна израсходовано в 2 раза больше воды, чем в урожайные годы. Однако эта закономерность непостоянна. Коэффициент транспирации уменьшается по мере повышения урожайности, но до известного предела. В орошаемом земледелии обычно расходуется больше во-
ды как на непродуктивное испарение, так и на транспирацию (особенно при расчетах ее на 1 г зерна). В целом данные об испарении с поля ячменя свидетельствуют о том, что и неорошаемое земледелие относится к числу весьма водоемких производств. Так, по СССР в неорошаемом земледелии на транспирацию расходуется приблизительно в 2 раза больше воды, чем на все виды водоснабжения, включая и промышленное и теплоэнергетическое. Степень, на которой изучалось испарение (табл. 7), относится к целине Центрального Черноземного заповедника. По имеющимся данным, она никогда, или во всяком случае в течение многих десятилетий, не распахивалась. На лугу преобладают злаково-разнотравные ассоциации: костер безостый, костер прямой, ковыль перистый, мятлик и др. Интересно, что процент продуктивного испарения на естественном лугу больше, чем на пашне. Это и понятно, если учесть, что вегетация на разнотравном лугу продолжительнее и что на пашне много воды расходуется на испарение до посева и после уборки урожая. Вместе с тем в степи больше процент продуктивного испарения, но и значительно больше коэффициент транспирации. Нужно, правда, иметь в виду, что в степи, особенно некосимой, урожай преуменьшен за счет отмирания отдельных видов растений в разное время. Но, даже учитывая это обстоятельство, нельзя сказать, что структура испарения более благоприятна на целине, как это иногда считается. Полученные данные ясно показывают, что коэффициенты транспирации зерновых культур значительно меньше, чем на естественных лугах. Причина этого понятна: однородная культура на пашне создает наилучшие условия для использования солнечной энергии и для затенения почвы в Таблица 7 Испарение и его структура по исследованиям на Курском стационаре Института географии АН СССР Урожай, т!га
Транспирации Непродуктивное испарение, мм
Суммарное испарение, мм
В % от суммарного испарения
мм
Коэффициент транспиРасход рации, воды, м3, м воды ' воды на на 1 т 1 т зерна сухой массы
биологическая масса
зерно
Поле ячменя (за 7 лет наблюдений) 450
(
292
360
|
211
|
158
|
35
j
3,4
|
7,9
|
200
|
460
|
—
I
—
Косимая целинная степь (за 3 года наблюдений) |
149
I
42
j
—
|
3,1
[480
Некосимая целинная степь (за 3 года наблюдений) 361
I
190
I
170
I
47
|
—
I
4,0
[
425
период вегетации и, следовательно, для более полного усвоения почвенной влаги. На естественном лугу, кроме того, сказывается и неблагоприятное влияние межвидовой конкуренции. Если говорить о лесах, занимающих около 30% суши, то> для них характерна более благоприятная структура испарения, т. е. сравнительно высокий процент транспирации и низкий — непродуктивного испарения. В пределе, например, в вечнозеленых влажных тропических лесах почти вся почвенная влага расходуется на транспирацию, а непродуктивное испарение непосредственно с почвы незначительно из-за затененности, высокой влажности воздуха под пологом леса и слабого его проветривания. В среднем расход воды на транспирацию составляет не менее половины суммарного испарения с суши, т. е. около 30— 35 тыс. км3 в год. Эта величина равнозначна почти 7% от испарения с поверхности земного шара, включая и океан. ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗВЕНО
Использование водных ресурсов, их преобразования, направленные на улучшение их как одного из компонентов среды, окружающей людей, также происходят в процессе круговорота воды. Хозяйственному звену круговорота посвящены, отдельные главы в третьей части книги, поэтому здесь можно ограничиться характеристикой лишь тех его особенностей, которые непосредственно связаны с этим процессом. Иногда, а в последнее время все чаще высказывается мнение о том, что вода, используемая для хозяйственных нужд,, снова попадает в круговорот воды. Это, конечно, верно и вполне соответствует высказанной выше закономерности, если речь идет о глобальном круговороте, поскольку система этого процесса замкнута лишь в масштабе земного шара в целом. Но следует ли из этого положения вывод о том, что водные ресурсы неисчерпаемы, что, сколько бы их ни расходовали, они? снова возвращаются в то же место или в тот же район, где водные ресурсы изъяты из данного источника? Такое понимание возврата воды в процессе круговорота слишком упрощенно и не соответствует характеру этого процесса в природе. Все дело в том, что вода, испарившаяся в процессе использования для хозяйственных нужд и поступившая в атмосферу в парообразном состоянии, вовсе не обязательно снова выпадет в виде осадков в том же районе. Чаще всего атмосферная влага переносится на большие расстояния и может сконденсироваться и выпасть в виде осадков далеко от района, где она поступила в атмосферу. Если, например, вода, испарившаяся в результате орошения в Средней Азии, даст осадки в Гималаях* где и без того вода в избытке, то для Средней Азии эта вода
будет потеряна. А если эта атмосферная влага сконденсируется в виде осадков на акватории океана, то в таком случае она уже оказывается утраченной для суши в делом. С этим явлением нельзя не считаться, так как людям вовсе не безразлично, в какое место вернется вода, использованная для хозяйственных целей. Допустим, однако, что она вернется в место водозабора. В отдельных случаях это возможно. Но и тогда количество вернувшейся воды будет всегда меньше количества воды, израсходованной для хозяйства. Проиллюстрируем эту мысль таким примером. Из реки изъято на хозяйственные нужды, допустим, 4 км 3 воды, из которых 1 км3 израсходован на испарение. Если вся эта вода сконденсируется в атмосфере и даст осадки в пределах бассейна данной реки, то ее водность возрастет не на 1 кмг, а на 1 Кц, где K r — к о э ф фициент стока, всегда меньший единицы (в равнинах умеренной зоны он колеблется в пределах 0,1—0,4). Следовательно, д а ж е при исключительно благоприятных, но редких условиях в бассейн данной реки вернется только израсходованной 10— 40% воды.
ГЛАВА III
ВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ Характеристика качественных сторон процесса круговорота воды касается происхождения различных источников водных ресурсов, их взаимосвязи, но ничего не говорит о количественной стороне круговорота — об объемах воды, переносимых в процессе его действия. Водный баланс позволяет количественно представить этот грандиозный процесс и вместе с тем служит первичной основой для оценки водных ресурсов Земли. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВОДНОМ БАЛАНСЕ ЗЕМЛИ
Я не претендую на исчерпывающую полноту этого обзора и вижу его цель в том, чтобы осветить пути, которыми наука постепенно пришла к современным представлениям о водном балансе Земли, поскольку исторический анализ позволяет оценить уровень современных представлений по проблеме, дает возможность лучше ощутить прогресс, достигнутый по данному разделу гидрологии. Довольно полное представление об истории исследований водного баланса Земли можно получить из весьма обстоятельного обзора И. А. Федосеева (1967), а т а к ж е из сведений по этим вопросам, приведенных в некоторых моих работах (например, Львович, 1945; Lvovich, 1971). В табл. 8 помещены сведения об известных расчетах речного стока как элемента водного баланса Земли. Всю историю расчетов мирового речного стока можно разделить на три периода. 1. Д о начала последней трети прошлого века, когда определения речного стока носили чисто оценочный характер и не неходили из каких-либо конкретных данных. Из известных таких оценок можно упомянуть оценку, сделанную К. Джонсоном. 2. Последняя треть прошлого столетия — первая треть текущего, характеризующаяся довольно субъективными оценочны-
Таблица 8 Развитие представлений о размерах мирового речного стока Речной сток Автор (год издания труда)
Э. Реклю (1872) А. И. Воейков (1884) Д ж . Меррей (1887) Э. Брикнер (1905) Р. Фрицше (Fritzsche, 1906) . . . Г. Вюст (Wiist, 1922) А. А. Каминский (1925) В. Хальбфас (Halbfass, 1934) . . . В. Мейнардус (Meinardus, 1934) . . Г. Вюст (Wiist, 1936) М. И. Львович (1945) Е. Рейхель (Reichel, 1957) . . . . М. И. Будыко и Л . И. Зубенок (1956) Ф. Альбрехт (Albrecht, 1960) . . . . М. И. Львович (1960) М. И. Львович (1964) И. Марчинек (Marcinec, 1964). . . . Р. Нейс (Nace, 1968) М. И. Будыко и Л . И. Зубенок (1970) М. И. Львович (1971)
*
I II III IV
— для — для — для — для
км3
31 150 18 800 25 000 25 000 30 640 37 100 30 640 48 000 36 800 37 000 37 100 28 800 33 000 33 500 35 500 37 300 36 500 42 600 36 200 41 800
мм
320 192 220 220 262 249 262 —
247 249 249 —
249 —
238 250 245 285 310 280
Примечание *
м3[сек
1 000 600 790 790 974 1 180 974 '
^
•
1 170 1 170 1 180 —
1040 —
1 130 1 185 1 160 1 350 1 150 1 330
I I 11 II 111 IV III —
IV IV IV —
III —
IV IV II IV III IV
периферийной части суши без полярных ледников; периферийной части суши с полярными ледниками; всей суши, исключая полярные ледники; всей суши.
ми данными для большей части суши, не изученной в гидрологическом отношении. В результате выводы о мировом речном стоке колебались в больших пределах— от 192 до 320 мм. 3. Начиная с 40-х годов текущего столетия по настоящее время. Д л я этого периода характерно появление составленных автором мировых карт речного стока, служивших для расчетов стока, а также применение для этой цели других приемов — расчетов по испарению (Будыко, Зубенок, Альбрехт) или по данным о речном стоке, сгруппированным по пятиградусным широтным поясам (Марчинек). В прошлом этот метод, примененный Реклю, Мерреем, Фрицше, основывался на довольно скудных данных о речном стоке, но Марчинек (Marcinec, 1964) использовал для этой цели гораздо более полную информацию. Тем не менее за истекшие три десятилетия величины мирового стока колебались по результатам разных расчетов в пределах •от 225 до 310 мм. Следует, однако, отметить, что эти данные не вполне сравнимы между собой, поскольку часть из них относится не ко всей суше, например исключая полярные ледники. В некоторых
авторы не отмечают, какую часть суши характеризуют их выводы о стоке, поэтому сделанное обобщение не лишено условности. Интересно, что из 20 расчетов мирового водного баланса, п о м е щ е н н ы х в табл. 8, половина всех приходится приблизительно на семь десятилетий до первого расчета автора, причем три из них связаны с фундаментальными исследованиями мирового водного баланса. Вместе с тем за истекшие 25 лет в печати появилось десять расчетов других авторов, из которых шесть-семь относятся к фундаментальным исследованиям мирового водного баланса, где сток рассматривается как один из его элементов. Это свидетельствует о возрастающем внимании к круговороту воды и количественной оценке отдельных его звеньев. Из моих четырех вариантов, помещенных в табл. 8 к числу фундаментальных относятся первый, завершенный в 1941 г., второй, определенный в 1960 г. и опубликованный в Физикогеографическом атласе мира в 1964 г., и, наконец, четвертый, завершенный в 1971 г. и публикуемый в настоящей работе. Все эти три варианта потребовали пересчета всех элементов водного баланса, причем наиболее трудоемкими и оригинальными были первый и последний. Оригинальность первого варианта заключалась в том, что в его основу была положена первая карта речного стока мира, а последнего — в применении дифференцированного метода изучения водного баланса территории, в основу которого положена система уравнений, позволивших перейти от одной карты полного речного стока к комплексу взаимоувязанных карт, включающих генетически различные части речного стока, а также характеристику ресурсов почвенной влаги. Итак, по методу определения речного стока все варианты расчетов мирового водного баланса делятся на три группы. 1. Расчеты по широтным поясам, используя все имевшиеся к тому времени данные по стоку (Меррей, Фрицше, Вюст, Марчинек). 2. Расчеты по разности осадки минус испарение, причем испарение рассчитывалось специальными методами (Будыко, Зубенок, Альбрехт). 3. Расчеты по картам, составленным по данным наблюдений стока с использованием интерполяционных зависимостей для территорий, слабо изученных или неизученных в гидрологическом отношении. Последний метод при сравнении со вторым в меньшей степени зависит от точности наблюдений над осадками и исключает погрешности, неизбежные при расчетах испарения. Это особенно важно, в связи с тем что при вычислении стока по случаях
1 В таблицу не помещены результаты имеющих принципиального значения.
3 — 4897
65
еще
двух
моих
расчетов,
не
разности осадки минус испарение погрешность определения речного стока (^я) связана с погрешностью определения испарения ( о е ) и коэффициентом стока (К) следующим соотношением: 3
_ вА R~Kr
Если, например, ошибка расчетов испарения по тепловому балансу составляет 10%, что, несомненно, следует признать хорошим результатом, то для стока, определенного по разности осадки минус испарение, ошибка возрастет в 2 раза, если коэффициент стока равен 0,5, в 3 раза при коэффициенте стока в 0,33 и в 4 раза при коэффициенте в 0,25. Причем чаще всего коэффициенты стока бывают именно в этих пределах. Если учесть, что коэффициент речного стока для всей суши составляет 0,37, то погрешность, допущенная при расчетах испарения, увеличивается по отношению к стоку в 2,7 раза. К этому нужно еще прибавить погрешность за счет неточностей определения осадков. Еще до первой четверти текущего столетия, когда гидрологических данных было мало, расчеты стока производились путем вычисления испарения. И хотя методы расчетов испарения были менее точны, чем современные, этот способ довольно широко применялся из-за отсутствия непосредственных гидрологических измерений. Но в связи с невыгодным соотношением ошибок относительно испарения и стока (ошибки в величинах стока, как показано выше, возрастают обратно пропорционально коэффициентам стока) методы расчетов стока по испарению в гидрологии перестали применяться, тем более что во второй четверти текущего столетия появились гидрометрические данные для большого количества рек. В тех же случаях, когда этих данных не было, их восполняли различные интерполяционные методы, например, с помощью зависимостей стока от осадков и температуры воздуха, использованных мною при составлении первой карты речного стока, или интерполяционных зависимостей, основанных на зональных структурных кривых водного баланса (см. гл. IV и V). МИРОВОЙ ВОДНЫЙ БАЛАНС
В основе современного метода расчетов водного баланса Земли лежит система уравнений, которую применял еще Э. Брикнер (1905). Эти уравнения следующие: для периферийной части суши — Е р~~ Рр 66
R р>
(О
для
областей,
лишенных
выхода
к
Е а = Ра>
морю
(бессточных)
— (2)
для Мирового океана — Е т ~ Рщ +
(3)
для всего земного шара — E=Et+Em
= P,
(4)
где Ер — испарение с периферийной части суши, Рр — атмосферные осадки на периферийную часть суши, R p —речной сток с периферийной части суши, Еа и Ра—испарение и осадки в областях, лишенных стока в океан, Е т и Р т — и с п а р е н и е и осадки Мирового океана, ЕиР — испарение и осадки на всем земном шаре, Et— испарение с поверхности всей суши. Эта система уравнений позволяет наиболее экономно решать задачи мирового водного баланса. Так, из десяти элементов, фигурирующих в уравнениях, достаточно располагать данными о четырех, чтобы получить все остальные. В вариантах расчетов, произведенных разными авторами, в числе этих четырех исходных принимаются различные элементы. Так, водный баланс периферийной части суши можно рассчитать, зная осадки и сток или испарение и осадки. Как показано в предыдущем разделе, первый из этих вариантов следует предпочесть. Д л я замкнутых областей суши нужно знать один из двух элементов этого соотношения — предпочтительнее осадки, поскольку их учет более точен, чем испарения. Что касается третьего уравнения, то для океана атмосферные осадки оцениваются весьма приближенно, так как островные дождемерные станции имеются не везде и они не всегда отражают условия открытого океана. Судовые же наблюдения, по понятным причинам, трудно обобщать, не говоря уже об их неполноте. Столь же недостаточно совершенный характер носят и расчеты испарения. Наиболее надежен учет притока речных вод в океан, который прежде оценивался в 100 мм, а теперь в 110 мм, но этот элемент баланса составляет менее 10% расхода воды на испарение с поверхности океана, и не от него зависит точность расчетов баланса этого звена круговорота воды. В це1 Большая часть областей, не имеющих выхода к морю, бессточна лишь по отношению к океану, но не лишена стока в пределах территории. Примерами могут служить Волга, Амударья и многие другие реки. По этой причине прежний термин «бессточные области» нельзя признать вполне удачным. Предпочтительнее называть их областями, лишенными выхода речной воды в океан, или замкнутыми областями суши.
3*
67
лом же водный баланс океана изучен еще недостаточно, но для оценки достоверности его основных элементов не существует вполне твердых критериев. В дальнейшем вполне возможны существенные уточнения данных об осадках, выпадающих в океане, а отсюда и испарения. Следует, однако, отметить, что все известные данные по этой проблеме в настоящее время несоизмеримо надежнее, чем в прошлом. Существенную роль здесь сыграло появление карт осадков и речного стока. Заслуживают также внимания в этом отношении исследования М. И. Будыко (1956, 1971), который в своих расчетах совхмещает решение теплового и водного баланса. Такой подход служит для взаимного контроля элементов теплового и водного баланса, что в теоретическом отношении предпочтительно, хотя этот метод по указанным выше причинам не всегда обеспечивает необходимую точность при определении речного стока, особенно если он относится к отдельным частям суши. Данные табл. 9 отражают результаты моих последних расчетов мирового водного баланса. Расчеты произведены по приведенным четырем уравнениям. Исходными данными для расчетов водного баланса суши послужили результаты наших новых исследований, 'о которых подробно сказано в гл. IV и V. Осадки для суши определены по мировой карте, опубликованной под редакцией О. А. Дроздова (Кузнецова и Шарова, 1964), с некоторыми дополнениями по материалам и картам для тех районов, на территории которых осадки были прежде наиболее слабо изучены. В сравнении с предыдущим вариантом, опубликованным в Физико-географическом атласе мира (1964 г.), наиболее существенные изменения отдельных элементов мирового водного баланса коснулись материкового звена круговорота воды. В результате использования новых данных для некоторых районов данные об осадках для периферийной части суши увеличились на 5000 км3, или приблизительно на 5%, что представляет собой довольно существенное уточнение, особенно если учесть, что в последние десятилетия осадки для суши довольно хорошо изучены. При этом увеличение данных об осадках не менее чем на 1000 км3 произошло за счет Антарктиды. Но оказалось также, что осадков выпадает больше, чем предполагалось прежде, в Европе, Азии и Южной Америке. Вместе с тем представления об осадках по Африке и Северной Америке были несколько преувеличены. Увеличение данных о речном стоке периферийной части суши немного больше чем на 4400 км 3 произошло в основном (почти на 2500 км3) за счет новых, хотя еще и не вполне надежных данных по стоку Амазонки, почти на 1140 км3 — по стоку Антарктиды, приблизительно на 1200 км3 с лишним—по стоку Европы (в том числе за счет учета стока Исландии и уточнения стока на Скандинавском
полуострове), Азии и Северной Америки. В то же время данные о стоке Африки уменьшились на 430 км3. Все эти уточнения в оценке стока произошли в результате появления новых исходных данных, более тщательного картографирования, особенно в засушливых районах, где в дополнение к прежде принятой минимальной изолинии стока в 50 мм в последнем варианте карты речного стока введены изолинии 20 и 10 мм. Кроме того, некоторого уточнения величин стока удалось достигнуть в горных районах, особенно в СССР, в Альпах, отчасти в Скалистых горах и в Андах. Конечно, новые данные представляют существенный шаг вперед в развитии представления о мировом водном балансе, но главный результат я вижу в том, что в основе нового варианта расчетов мирового стока лежит комплексный метод, который позволяет глубже проанализировать происхождение и пути преобразования речного стока, по существу впервые получить представления о возобновимых в процессе круговорота подземных водах, а также о ресурсах почвенной влаги. Всем этим вопросам посвящена следующая глава. Сток воды и льда в океан с Гренландии и Канадского Арктического архипелага, по последним расчетам, оказался близким к принятому мною в расчетах 1940 и 1964 гг. Такое совпадение не случайно, так как уже в 30-х годах для Гренландии Таблица 9 Годовой водный баланс Земли Объем, км3
Элементы водного баланса
Слой, мм
Периферийная часть суши (116 800 тыс. км2)
106 000
Осадки . . Речной сток Испарение . Замкнутая часть суши
(32 100 тыс.
км2)
7 500* 7 500
Осадки . Испарение Мировой океан Осадки Приток речных вод Испарение Земной шар Осадки . Испарение
910 350 560
41 000 65 000
238 238
(361 100 км2) 411 600 41 000 452 600
(510 000 тыс. 525 100 525 100
1 140 114 1 254
км2)
* В том числе 830 км3, или 26 мм, речного стока.
1 030 1 030
имелись довольно полные представления об осадках. Если принять коэффициент стока для этого района покровных ледников в 0,9, то слой стока получится равным 180 мм, а годовой объем стока — 700 км3. Для Антарктиды последние расчеты стока, произведенные В. М. Котляковым, любезно предоставленные мне еще до публикации этого вывода, составляют 2200 км3, или около 160 мм, против 1060 км3 и 80 мм, принятым в моих прежних исследованиях. Осадки для океана я принимаю по данным 1945 г. —1140 мм. Тогда они были приняты по В. Мейнардусу (Meinardus, 1934), а теперь они подтверждаются по наиболее достоверной карте Л. П. Кузнецовой и В. Я- Шаровой, опубликованной в 1964 г. Такой контроль результатов путем сравнения независимо от выполненных расчетов наиболее важен для океана, поскольку современные представления об осадках, выпадающих на этой части Земли, еще несовершенны. Для всей Земли мною получен слой осадков и испарения в 1030 мм, а по данным М. И. Будыко (1970) —1020 мм. Такие результаты также весьма удовлетворительны. Впрочем, за отдельными исключениями, мы пользовались одними и теми же исходными данными для определения осадков, а имеющиеся расхождения в величинах речного стока, с трудом, правда, сопоставимые между собой, не влияют на результаты расчетов приходной и расходной частей, обобщенные для всей Земли. Теперь остается еще рассмотреть вопрос о притоке подземных вод в океан, минуя реки. Предположение о том, что величина этого элемента водного баланса не должна быть значительной, было высказано при характеристике литогенного звена круговорота воды. Но в самое последнее время появилась первая, по моему мнению, достоверная оценка этой величины, полученная И. С. Зекцером и Г. П. Калининым и любезно переданная мне. По их расчетам, подземный сток непосредственно в океан составляет около 2200 км3. Если эту величину отнести к периферийной части суши, то слой подземного стока в океан будет равен 19 мм, или немногим более 5% полного речного стока, питающего океан. С учетом этого элемента баланса суммарный сток всех вод с суши достигает 43 200 км3, а вместе с речным стоком замкнутой части суши — 44 000 км3. Этим объемам соответствует слой стока 369 мм и 295 мм вместо 350 мм и 281 мм. Тогда оценка испарения с периферийной части суши должна уменьшиться до 63 100 км3 (541 мм), а со всей суши — до 70 500 км3 (473 мм). Несколько изменятся величины притока всех вод с суши в океан, отнесенные к его акватории, и составят 120 мм, т. е. на 6 мм больше, чем без учета подземного стока в океан, минуя реки. При осадках в океане по табл. 9 в 411 600 км3
(1140 мм) данные об испарении с него повысятся до 454 800 кмг (1260 мм) вместо 452600 км3 (1254 мм). Но осадки и испарение с Земли в целом, разумеется, остаются без именения. АКТИВНОСТЬ ВОДООБМЕНА
Понятие об активности водообмена (Львович, 1964-6, 1966-а и др.) характеризует продолжительность гипотетической смены всего объема данной части гидросферы в процессе круговорота воды. Практически активность водообмена (А) определяется по отношению объема данной части гидросферы (ш) к приходному или расходному элементам ее баланса, формируемого в процессе круговорота воды (Y): где А — число лет, необходимое для полного возобновления запасов воды. В табл. 10 помещены данные об активности водообмена. Таблица 10 Активность водообмена Объем (с округлением), тыс. км3
Части гидросферы
Океан Подземные воды В том числе зоны активного водообмена Покровные ледники Поверхностные воды суши . . . . Реки Почвенная влага Пары атмосферы Вся атмосфера.
.
.
Элемент баланса, тыс. км3
Активность водообмена, число лет
1 370 000 60 000
452 12
3 000 5 000*
4 000 24 000 280 1,2 80 14
12 3 39 39 80 525
330** 8 000 7 0,031 1 0,027
1 454 000
525
2 800
* С учетом подземного стока в океан, минуя реки, 4200 лет. ** С учетом подземного стока в океан, минуя реки, 280 лет.
Как видно из этой таблицы, активность водообмена океана составляет около 3 000 лет. Еще медленнее обмен подземных вод — 5 000 лет. Но основная часть подземных вод, как у ж е отмечено в I главе, представляет собой ископаемые рассолы. Такое их состояние объясняется крайне медленным водообменом. Продолжительность обмена таких вод Г. П. Калинин оце-
нивает в миллионы лет. Интенсивность обмена подземных вод зоны активного обмена приближенно оценивается в 3—3,5 столетия, но если из этой зоны исключить малоподвижную часть подземных вод и выделить лишь ту их часть, которая питает реки и, следовательно, характеризуется наибольшей подвижностью, то активность ее водообмена может быть оценена в десятки лет. Совсем другая активность водообмена, на три — пять порядков более интенсивная, характерна для пресных вод. Особенно ярко это проявляется для рек. Единовременный объем воды в их руслах оценивается приблизительно в 1200 /см3, а суммарный годовой сток составляет 38 800 км3\год. Отсюда следует, что обмен русловых речных вод происходит каждые 0,031 года, т. е. каждые 11 суток, или 32 раза в течение года. Но если учесть, что с реками связана большая часть озер и все водохранилища, общая активность обмена поверхностных вод суши выражается семью годами. Высокая активность речных вод — исключительно важное свойство, благодаря которому обеспечиваются основные потребности человечества в воде. Очень высока активность атмосферной влаги. При объеме в 14 тыс. км3 она дает начало 525 тыс. км3 осадков, выпадающих на Земле. Благодаря этому смена всего объема атмосферной влаги в среднем происходит каждые десять суток, или 36 раз в течение года. Процесс испарения воды и конденсации атмосферной влаги обеспечивает пресную воду на Земле. В цепи круговорота воды его речное и озерное звенья, так ж е как и почвенная влага, следуют сразу же после конденсации паров атмосферы, поэтому для этих частей гидросферы характерна преимущественно пресная вода. Что касается активности обмена почвенной влаги, то, поскольку она наиболее тесно связана с атмосферными процессами и в основном подвергается сезонным колебаниям, повидимому, смена ее происходит в течение года. Совершенно особое положение занимают ледники. Огромные массы пресной воды законсервированы в виде льда. Годовой расход всех полярных покровных ледников, по современной приблизительной оценке, составляет немногим менее 3 тыс. км 3 . Отсюда продолжительность смены всего объема покровных ледников достигает примерно 8 тыс. лет. Раньше эту величину я оценивал в 15 тыс. лет (1966-а). П. А. Шумский с соавторами (Shumskiy и др., 1964), принимая объем покровных ледников в 24 млн. км 3 , а сток с них в 2500 км3!год, оценили продолжительность обмена массы ледников в 9600 лет. В целом вся гидросфера сменяется в среднем каждые 2800 лет. Гидросфера вместе с атмосферой и биосферой принадлежит к числу наиболее активных сфер Земли.
ЧАСТЬ II
МИРОВЫЕ РЕСУРСЫ ПРЕСНЫХ ВОД
ГЛАВА IV
МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ВОДНОГО БАЛАНСА И БАЛАНСОВОЙ ОЦЕНКИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Из приведенных высказываний во введении видно мое отношение к методу исследований. Ему принадлежит чрезвычайно большое значение, и здесь уместно еще раз напомнить о весьма ярко выраженной А. И. Герценом мысли о том, что метод есть эмбриология истины. Вполне разделяя столь высокое значение метода исследований, автор уделяет этому важному вопросу большое внимание во многих главах книги. Здесь излагаются основы комплексного дифференцированного метода изучения водного баланса. Недостаточность исходных гидрологических данных для значительных частей суши требует исключительно большого внимания к методам получения приближенных решений, неизбежных при изучении водного баланса Земли и материков земного шара. Одна из задач применяемого метода заключается в восполнении недостатка исходных материалов. Метод, изложенный в этой главе, служит ключом к получению некоторых новых представлений о водном балансе и о водных ресурсах — о мировых ресурсах пресных вод. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ВОДНОГО БАЛАНСА
Наряду с большими успехами в изучении отдельных элементов водного баланса СССР — атмосферных осадков, речного стока, подземных вод, влажности почвенного покрова — в последние годы стал ощущаться пробел в комплексном координи-
рованном изучении водного баланса территории и ее отдельных частей. Необходимость в таком комплексном изучении водного баланса вызвана тем, что все источники водных ресурсов тесно взаимосвязаны круговоротом воды. По этой причине обоснованный учет водных ресурсов возможен лишь на основе изучения водного баланса. При планировании водного хозяйства приходится также считаться с тем, что использование одного из источников водных ресурсов неизбежно сказывается на состоянии других. Например, задержание поверхностного стока на полях в целях повышения урожайности приводит к уменьшению речного стока, интенсивная эксплуатация подземных вод в ряде случаев может вызвать уменьшение подземного питания рек и, следовательно, ресурсов устойчивого речного стока и т. п. В гидрологии уже давно известно, что речной сток состоит из двух генетически разнородных частей — поверхностного стока, формирующего паводки, и подземных вод, дренируемых реками. Реки поверхностного питания, а такие существуют во многих районах, отличаются неустойчивым стоком. Питание рек подземными водами — большое благо для людей, благодаря чему многие реки становятся постоянными источниками пресной воды. Но поверхностный и подземный сток вместе с атмосферными осадками, которые дают начало всем пресным водам суши, не являются единственными элементами водного баланса территории. Выпавшие осадки, прежде чем попасть в подземные горизонты, увлажняют почву. Это же относится и к испарению, которое происходит за счет почвенной влаги путем расходования воды непосредственно с почвы или путем транспирации. Почвенная влага — элемент водного баланса, но вместе с тем важнейший (компонент плодородия почвы. Таким образом, по предмету изучения гидрология тесно связывается с /проблемами продуктивности фитомассы, с агрономией, лесоводством. Но почвенная влага интересует гидролога не только в связи с биосферой. Почва — среда, в которой протекают важнейшие гидрологические процессы: инфильтрация, просачивание воды вглубь, образование 'поверхностного стока. Поэтому почва для гидролога, как уже отмечено во II главе, служит посредником между метеорологическими явлениями и рекой, так же как и подземными водами. Таким образом, почва представляет собой важнейший фактор водного баланса территории. Освещаемые здесь вопросы о взаимосвязи между элементами водного балан : са территории, несомненно, относятся к числу общепризнанных. Но если сопоставить этот хорошо известный в гидрологии взаимосвязанный процесс с уравнением водного баланса территории (речных бассейнов), то становится очевидным, что сказанное по этому вопросу далеко не тривиально. Действительно, водный баланс речных бассейнов или какихлибо территорий изучался начиная с конца прошлого столетия с помощью уравнения.
P = R + E, где P — осадки, R — речной сток, Е — испарение. Это уравнение создало целую эпоху в гидрологии, и им продолжают пользоваться и сейчас. Но сравним это уравнение с приведенной характеристикой взаимосвязанных процессов водного баланса. Такой важный компонент водного баланса, как почвенная влага, не находит отражения в уравнении, или во всяком случае она отсутствует в нем непосредственно и лишь отдаленно подразумевается в элементах R и Е, поскольку речной сток и испарение находятся в связи с процессами инфильтрации и содержанием влаги в почве. Но даже имея это в виду, уравнение не включает почвенного звена водного баланса, так же как и подземной и поверхностной составляющих речного стока. По существу, как мы видим, образуется разрыв между общими теоретическими представлениями о всем комплексе взаимосвязанных процессов водного баланса, с одной стороны, и практическим разрешением этих процессов с помощью приведенного уравнения — с другой. Во второй половине прошлого столетия — в первой четверти текущего это уравнение довольно часто использовалось для определения стока по осадкам и по испарению, вычисленного различными способами, о чем упоминалось в предыдущей главе. Тогда данных непосредственных измерений речного стока было мало, и косвенные оценки стока были вполне оправданны. Но когда появилось достаточно гидрометрических данных, уравнение стало утрачивать практическое значение. Иногда оно использовалось для определения испарения по осадкам и стоку. Но чаще всего служило учебным целям, главным образом для иллюстрации различий между многолетним балансом и годовым балансом или вообще балансом за ограниченный период, когда к правой части уравнения добавляется член ± A W (изменение запасов воды в речном бассейне), и оно приобретает вид P=R +
E±AW.
В связи с вышеизложенным уже давно появилась необходимость приспособить это уравнение к более полным, комплексным представлениям о водном балансе, которые начали складываться еще в начале текущего столетия. Так, Е. А. Гейнц (1903), изучая сток р. Оки, разделил его на поверхностную и подземную части. Далее, В. Г. Глушков еще в 1908 г. провел аналогичную работу для Амударьи, а впоследствии и для Зеравшана (1924). Этим исследованием известный гидролог положил начало методу определения подземной части речного стока, генетическому анализу гидрографа стока (Глушков, 1961). Почвовед Г. Н. Высоцкий написал уравнение водного баланса речного бассейна, в котором речной сток делится на две части — поверхностную и подземную. В этом случае уравнение служило лишь для иллюстрации процесса питания рек г и роли леса в этом
процессе и не было связано с прежними исследованиями Е. А. Гейнца и В. Г. Глушкова, которые хотя и не приводили такого уравнения, но подошли вплотную к его решению в отдельных речных створах. Система уравнений водного баланса территории (Львович, 1950-а, 1959-а, 1971-а; Львович и др., 1963; География на България, 1966; Водный баланс СССР..., 1969), предложенная мною для расчетов водного баланса, пишется следующим образом: W=P—S = U+E\ P = S + U + E; S + U = R\ W=i
где Р — осадки, S — поверхностный (паводковый) речной сток, U—подземный сток в реки (устойчивая часть речного стока), Е — испарение, R — полный речной сток, W — валовое увлажнение территории, Ки и Ке—коэффициенты питания рек подземными водами и испарения, показывающие, какие части годовой инфильтрации формируют подземный сток и расходуются на испарение. Эта система уравнений отвечает современным представлениям о формировании водного баланса территории. В ней выделены разные генетические составляющие речного стока U и S, а также почвенное звено круговорота воды — валовое увлажнение территории W, которое кроме расхода дождевых и снеговых вод на инфильтрацию почвенным покровом включает также испарение с водной поверхности и испарение воды, смачивающей растения во время дождей. Эти два источника расходования осадков в общем несущественны, особенно в речных бассейнах, где нет озер и водохранилищ и где отсутствуют леса. В степной и лесостепной зонах, а также в прериях и саваннах валовое увлажнение территории практически соответствует годовой инфильтрации или ресурсам почвенной влаги. Разделение полного речного стока на подземный и поверхностный обогащает представления о водном балансе, ,но оно имеет также и практическое значение, так как обе составляющие речного стока обладают различной хозяйственной ценностью. Подземная часть речного стока, как правило, устойчива, постоянно обеспечивает потребности людей и хозяйства и не нуждается в искусственном регулировании. Поверхностный же сток образует в реках паводки, он неустойчив, носит эфемерный характер, поэтому чаще всего должен быть искусственно зарегулирован, для того чтобы приспособить его к постоянно действующему источнику водных ресурсов. По этой причине поверхностный (паводочный) сток следует в значительной степени рассматривать как потенциальные водные ресурсы. Д л я того чтобы выявить эту особенность обычными расчетными приемами, практикуемыми в гидрологии и в водном хозяйстве, применяются стохастические методы, учитывающие вероятность и
р
Рис. 3. Схема водного баланса суши Р — атмосферные осадки, R — полный речной сток, U — подземный сток, S — поверхностный сток, W — валовое увлажнение территории (годовая инфильтрация), включающее поверхностное задержание, N — непродуктивное испарение, Т — транспирация растений, Е — суммарное испарение
обеспеченность стока за различные периоды. Такие способы, конечно, необходимы при проектировании конкретных гидротехнических сооружений, но для оценки речных водных ресурсов различных категорий, а также для планирования их использования и охраны гораздо удобнее располагать такими простыми характеристиками, как подземный и поверхностный (паводковый) сток. В целом система дифференцированных уравнений водного баланса позволяет оценить и установить количественную взаимосвязь между шестью элементами водного баланса вместо трех элементов, которые раскрывались прежним уравнением. Кроме того, коэффициенты К и и Ке> особенно первый, служат весьма важным дополнением для характеристики и анализа водного баланса территории, значительно расширяющим представления, которые дает коэффициент речного стока. Система дифференцированных уравнений водного баланса позволяет по ходу стока в створе реки и по осадкам, наблюдаемым в ее бассейне, раскрывать, количественно оценивать еще четыре элемента водного баланса: подземный сток в реки, поверхностный сток, увлажнение почвы и испарение (рис. 3). Не всегда, однако, водный баланс замыкается в пределах одного речного бассейна. Бывает, что границы поверхностного водосбора реки не совпадают с границами ее подземного бассейна. Так, некоторые реки питаются артезианскими водами, которые притекают к данной реке из другого речного бассейна. Примером может служить Донецко-Днепровский артезианский бассейн, питающийся водой в бассейне Дона и выклинивающийся в бассейне Днепра. В данном случае масштабы этого явления сравнительно невелики и размеры расхождений между приход-
ной и расходной частями баланса приблизительно укладываются в пределы точности метода его изучения. Подобные явления наблюдаются и в карстовых районах. В таких случаях результаты расчетов водного баланса нельзя включать в общий материал, используемый для составления карт. Иногда переход части воды подземными путями из одного речного бассейна в другой удается выявить сопоставлением элементов водного баланса данной реки и смежных речных бассейнов. В отдельных случаях данные, выпадающие из общей закономерности, характерной для этого района, не следует использовать для составления карты. Выявлению подобных случаев помогают также структурные кривые водного баланса, устанавливаемые для отдельных географических зон. Этому вопросу будет посвящен специальный раздел в гл. V. Однако опыт изучения водного баланса больших территорий показывает, что такие случаи в природе в общем редки. Чаще всего несоответствие приходной и расходной частей баланса «укладываются» в пределы точности метода. В целом излагаемый метод дает, конечно, приближенное решение, но получаемые результаты вполне достоверны для изучения гидрологических закономерностей и для оценки водных ресурсов в целях планирования их использования и охраны. В последнее время благодаря работам О. А. Дроздова (Дроздов, Григорьева, 1963; Дроздов, Калинин, Львович, 1973) и Г. П. Калинина (Калинин, Кузнецова, 1972) появилась возможность расширения приведенной выше системы уравнений водного баланса составляющими атмосферного влагообмена. О. А. Дроздов предложил уравнение, связывающее осадки Р и испарение Е с разностью горизонтального притока D- и оттока D+ атмосферной влаги, P=E+D+—D_ Это уравнение соответствует давно принятому в гидрологии и приведенному выше уравнению P=E-\-R, где R — полный речной сток. Отсюда следует, что R=D+—/)_, т. е. разность горизонтальных потоков атмосферной влаги характеризует полный речной сток. Такая закономерность относится к большим территориям. Г. П. Калинин и Л. П. Кузнецова в упомянутой выше работе произвели чрезвычайно интересный расчет переноса атмосферной влаги в пределах тропосферы над территорией СССР. На основании этих расчетов установлено, что годовой приток атмосферной влаги составляет 8600 км3, отток — 3769 км3, а разность и х — 4 8 4 0 км 3 (с округлением). Последняя величина соответствует среднему значению полного стока рек СССР, который за соответствующий период равен 4550 км3. Не приходится сомневаться в том, что дальнейшие исследования атмосферного звена круговорота воды позволят углубить и расширить эту проблему.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДЗЕМНОГО СТОКА
Определение подземной и поверхностной составляющих речного стока производится путем расчленения гидрографов. Расчленение гидрографов трудоемко. Поэтому для массовой работы можно взять данные за четыре года: два средних по водности, маловодный и многоводный. Годы, средние по водности, должны быть выбраны не только по величине среднегодового расхода. Они должны быть также характерными и по внутригодовому (по сезонам) распределению стока. Годы маловодные и многоводные должны приблизительно соответствовать годам 75— 80% и 20—25% обеспеченности. Анализ внутригодового распределения стока необходим и при выборе маловодных и многоводных лет. При этом нужно иметь в виду, что водность года определяется, как правило, по размерам паводочного (поверхностного) стока, учитывая, что подземный сток в реки из года в год относительно более устойчив. Опыт показывает, что на основании выбранных таким путем четырех лет можно получить вполне достоверные данные о соотношении подземной и поверхностной частей речного стока за многолетний период. Сравнение величин подземного стока в реки, установленных для характерных четырех лет, с соответствующими вычислениями за все годы наблюдений показало, что расхождения между ними, как правило, не превышают 10%. В целях контроля для части речных створов подземный сток в реки определяется за все годы наблюдений. Д л я выбранных четырех характерных по водности лет и для контрольных створов за все годы наблюдений строятся гидрографы, причем их построение желательно в одном масштабе для данного створа. Масштаб гидрографов должен быть выбран так, чтобы меженный сток можно было бы достаточно точно планиметрировать или считать палеткой. Выделение подземного стока в реки по гидрографу в некоторых случаях облегчается с помощью комплексных графиков, на которых график расходов воды совмещается с графиками ежедневного хода температуры воздуха и суточных величин атмосферных осадков с выделением твердых осадков. Анализ таких комплексных графиков служит основой для выделения подземной составляющей речного стока по методу, основные положения которого в 20-х годах были предложены В. Г. Глушковым (1961) для зон умеренного пояса. С тех пор он был существенно развит рядом авторов (Огиевский, 1932; Львович, 1938; Куделин, 1948, 1960, и др.). Сущность метода заключается в следующем. Прежде всего на гидрографе выделяются периоды, когда река питается только подземными водами. Это бывает во время устойчивой зимней межени при отсутствии оттепелей, а также в период летней межени после продолжительного отсут-
ствия дождей. При выделении таких моментов нужно приблизительно ориентироваться на время добегания речного стока. Если продолжительность периода после зимней оттепели или после летних дождей превышает продолжительность добегания, то можно считать, что в последующее время до наступления новой оттепели зимой или до новых дождей летом река питается только подземными водами. Более отчетливо эта задача решается для рек с устойчивой зимой и с продолжительными засушливыми периодами или перерывами между выпадением паводкообразующих осадков. В иных случаях, когда паводки, вызванные зимними оттепелями или часто выпадающими дождями, перекрывают друг друга, требуется тщательный анализ, в результате которого период устойчивого стока подземного происхождения удается установить лишь за отдельные годы. Эти сведения необходимо учитывать, так как они позволяют оценить долю подземного стока в полном стоке данной реки и могут служить для ориентировочного определения подземного стока в реки в те годы, когда по характеру режима не удается установить величину подземного стока в чистом виде. Относительно оценки размеров питания рек подземными водами во время половодья существует ряд предложений, наиболее полно рассмотренных в работе Б. И. Куделина (1960). Имеются основания считать, что подземный сток в реки возрастает во время половодья, но могут быть случаи его уменьшения в период до наступления половодья. При расчленении гидрографов я придерживаюсь следующей схемы. Меженные расходы воды между паводкообразующими дождями или в период устойчивой зимы умеренной зоны характеризуют подземный сток в реки. То же относится к расходам воды после окончания половодья или паводков. При этом расходы воды после половодья, в начале межени, выше расходов, наблюдаемых до паводка или до половодья. При питании подземных вод русловыми водами во время прохождения высокой части половодья приток подземных вод в реки может уменьшаться. Интенсивность такого уменьшения зависит от морфологии речной долины, гидрогеологического строения, литологии горных пород, слагающих коренные берега, и характера аллювиальных отложений речной поймы. Чем благоприятнее условия питания подземных вод русловыми, тем интенсивнее должен быть спад притока подземных вод в реки. По мере снижения половодья питание подземных вод за счет руслового стока уменьшается, и в конце концов наступает такой момент, когда этот процесс прекращается. В последующее время на спаде половодья происходит восстановление нормальной кривой депрессии уровня подземных вод по направле-
Время Рис. 4. Схема определения подземной составляющей речного стока в период половодья (расчленения гидрографа) 1—точки соответствуют питанию рек подземными водами д о и после половодья. 2 — естественный ход притока в реки подземных вод, гидравли^ чески связанных с речными русловыми водами, 3 — линия, примерно характеризующая средний приток подземных вод, гидравлически связанных с русловыми водами, 4 — линия, принимаемая в качестве границы подземного и поверхностного стока с учетом питания рек подземными водами, гидравлически не связанными с русловыми
нию к руслу реки, и вода, израсходованная из реки на пополнение запаса подземных вод выше нормальной кривой депрессии, должна снова возвратиться в реку. Возвращение происходит не полностью, так как часть воды насыщает горные породы коренных берегов и аллювиальных отложений долины реки до наименьшей (полевой) влагоемкости. Вообще следует иметь в виду, что расход русловых вод на питание подземных, учитывая небольшую продолжительность паводков и относительно малую скорость движения подземных вод, вряд ли может быть значительным. Если же этот процесс происходит в условиях высоких коэффициентов фильтрации, способствующих быстрому расходованию русловых вод на питание подземных, то тем самым создаются условия для быстрого возвращения этих вод обратно в русло. Охарактеризованный процесс отражается на форме линии, с помощью которой можно отделить сток подземных вод, гидравлически связанных с рекой, от поверхностного стока в период половодья. Эта линия, следовательно, представляет собой циклическую кривую, первая часть которой — снижение, а вторая — повышение притока подземных вод в реки (рис. 4). Основанием циклической кривой служит прямая, обычно наклонная, линия, соединяющая точки на гидрографе, соответствующие моментам питания реки только подземными водами до и после половодья. Отсюда следует, что, принимая в качестве границы между поверхностным и подземным стоком указанную прямую линию, мы получаем средний результат, довольно строго отражающий размеры притока в реки подземных вод, гидравлически связанных с русловыми водами в период половодья.
Рис. 5. Примеры определения подземного стока в реки Европа: 1 — Эсла, 2 — Амон, 3 — Везер, 4 — Р а б а , 5 —Сейм, 6 — П и ж м а , 7 — Терек. Азия: 8 — Н у р а , 9 — Ивдель, 10 — Н и ж н я я Тунгуска, 11 — Зея, 12 —Орхон, 13 — Дон, 14 — Карун, 15 — К а ш , 16 — Кунар. Африка: 17 — М а з а ф р а н , 18 — Б и я , 19 — Л у л в а , 20 — Ньяндан, 21— Баро. Северная Америка: 22 — Пекос, 23 — Магпай, 24 — Вирджин, 25 — Сабин, 26 — Салча. Южная Америка: 27 — Пилатон, 2 8 — Л а у к а , 29 — Пао, 30 — Гуарико, 31 — Итапикури. Австралия: 32 — Хантер, 33 — Муррей. Числа на горизонтальных линиях — расход воды в м*/сек, U — подземный сток, S — поверхностный (паводочный) сток
Однако подземный сток в реки происходит не только за счет подземных вод, гидравлически связанных с русловыми водами. Реки питаются также подземными водами, гидравлически не связанными с русловыми. Во время половодья приток их в реки возрастает. Общий же приток подземных вод, как гидравлически связанных с русловыми, так и гидравлически не связанных, достигает максимума на спаде половодья. Учитывая это, можно приближенно установить границу между поверхностным речным стоком и общим притоком всех видов подземных вод в реки (линия 4 на рис. 4). Эту схему (рис. 4) я опубликовал в 1963 г. В скором времени к подобным выводам пришел и другой автор (Wiest, 1965). Если имеются данные о колебаниях дебита одного или нескольких источников подземных вод, то, пользуясь методом
Ф. А. Макаренко (1948), указанная граница между поверхностным и подземным стоком в реки может быть уточнена. При этом, однако, следует убедиться в репрезентативности выбранных источников подземных вод, т. е. в соответствии показаний их дебита условиям питания подземных вод данного речного бассейна в целом. Иначе, пользуясь данными о дебите случайных, нерепрезентативных источников, можно допустить существенные ошибки в определении питания рек подземными водами. Вопрос об определении по гидрографам подземного стока в озерные реки пока еще не решен, поэтому реки, зарегулированные озерами, приходится исключать из рассмотрения; то же относится и к речным бассейнам с большим распространением болот. Годовые величины полного (поверхностного и подземного) стока определяются в миллиметрах слоя. Кроме того, вычисляется процентное соотношение поверхностного и подземного стока отдельно для каждого года и среднее для всего периода наблюдений. Если в целях экономии времени расчеты производятся для отобранных характерных четырех лет, то среднее процентное соотношение между подземным и поверхностным стоком для этих четырех лет принимается как среднее многолетнее. Тогда по средней многолетней величине полного стока, пользуясь этим процентным соотношением, определяется средний многолетний поверхностный и подземный сток в реки. ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ МИРА
Полное представление о гидрологической изученности мира получить трудно вследствие различной степени доступности гидрологических данных в разных странах. В некоторых странах (СССР, ГДР, Румыния, Венгрия, США, Канада, ФРГ, Франция, Испания и др.) гидрологические данные систематически публикуются с той или иной степенью подробности в ежегодниках. По многим другим странам подобные публикации отсутствуют, и гидрологические данные приходится по крохам собирать из различных литературных источников. В последние годы Ю Н Е С К О предприняло полезные издания типа кадастровых справочников, в которых помещены данные о средних многолетних расходах воды по месяцам за разные периоды приблизительно для 250 станций мира и о средних месячных и годовых расходах воды за все годы с начала наблюдений по 1964 г. включительно («Расходы воды...», 1969, 1971). Что касается среднего многолетнего стока, то по многим странам для этого элемента баланса существуют национальные карты: в СССР («Водный баланс СССР...», 1969; Дрейер, 1969); в К Н Р («Карта среднегодового стока Китая», 1957); в
Румынии («Monografia Geografica...», 1960; Ujvari, 1972); в Болгарии («География на България», 1966; Русев, 1961); в США «National Atlas...», 1970); в Канаде («Hydrological Atlas...», 1969); в Австралии («Surface Water Resources...», 1967) и т. д. Подробность и достоверность таких карт весьма различна. Выше перечислены наиболее надежные карты, т. е. основанные на большом объеме исходных данных, к другим картам, например Индии (Khosla, 1960), составленным по недостаточному количеству материалов, в дополнение применен интерполяционный метод (расчеты испарения, по Торнтвейту), что, как мы видели из сказанного в гл. III, дает весьма приближенные выводы. На рис. 6 приведена картосхема изученности полного речного стока мира. Нельзя, конечно, считать, что в данной работе использованы все имеющиеся гидрологические данные. Некоторые могли остаться неизвестными для нас, так что эта картосхема более верно отражает объем использованных данных. Приближенные сведения об обеспеченности гидрологическими материалами, использованными в настоящей работе, по материкам и для суши в целом приведены на картах (рис. 6 и 7), на которых выделены площади суши, лишенные речной сети. В этих районах, занимающих приблизительно 11 % суши, все осадки расходуются на увлажнение почвы и испарение. Почти по всей Европе, исключая Грецию, по всей Австралии и крупным частям Азии, Северной Америки мы располагаем достаточно подробными данными о полном речном стоке в виде детальных карт, построенных на основании большого объема данных гидрологических наблюдений, либо в виде исходных данных, позволивших построить нам аналогичные карты. Более низкая степень изученности— единичные данные непосредственных гидрологических наблюдений, карты, построенные по небольшому объему материалов либо с применением интерполяционных методов. Самая низкая степень изученности относится к 2/з Южной Америки, к l U Африки (если не считать части Сахары и Калахари, лишенных речной сети), Индонезии, Новой Гвинеи и северной части Канады. По этим районам мы не располагаем такими данными о полном речном стоке, на основании которых возможно было бы строить хотя бы мелкомасштабные карты этого элемента водного баланса. По отдельным большим рекам имеются лишь более или менее приближенные данные, характеризующие полный речной сток всей реки. Примерами могут служить река Амазонка и ее приток Топажос. Для всех таких районов, относяРис. 6. Картосхема мировой изученности полного речного стока 1 — подробные данные — гидрологические ежегодники или карты стока, составленные на основании большого объема непосредственных наблюдений, 2 — неполные данные — единичные данные непосредственных наблюдений или карты, построенные по косвенным данным, 3 — отсутствие данных гидрологических наблюдений, 4 — речная сеть отсутствует
щихся к группе наименее изученных в гидрологическом отношении, полный речной сток определялся по интерполяционным зависимостям, а данные по большим рекам использовались для контроля. На рис. 7 приведены сведения о материалах, использованных для определения подземного и поверхностного стока. Как видно, приблизительно для половины территории суши имеются достаточно полные данные, в основном из гидрологических ежегодников, позволяющих строить массовые графики ежедневных расходов (гидрографы) для определения подземного и поверхностного стока. Д л я СССР расчленение гидрографов производилось по 800 створам, для зарубежной Европы — по 140, для зарубежной Азии — по 180, для Африки — по 75, для Северной Америк и — по 160, для Южной Америки — по 140, для Австралии — по 15 створам. В общей сложности мы располагали необходимыми данными для зарубежной части суши по 710 створам. Д л я значительных районов Южной Америки (0,8территории), Африки (0,4 территории), исключая части Сахары и Калахари, на которых отсутствует речная сеть, а также Австралии (около Уз, не считая пустыни, где нет рек) мы не располагаем такими данными. В меньшей мере это относится к Северной Америке (приполярная часть), Мексике и Средней Америке, занимающих менее 7з территории, и к части Азии (Тибет, Индонезия, Новая Гвинея), занимающей 41% территории этой части света, наконец, к Африке — по 26% территории. Эти районы составляют около 10% суши, для них использованы отдельные гидрографы, опубликованные в различных изданиях, а также данные о средних месячных расходах воды, позволяющие оценить подземный сток, но менее точно, чем по ежедневным расходам. Д л я восполнения недостающих данных по водному балансу неизученных и малоизученных районов служат интерполяционные зависимости (см. следующий раздел). В отдельных случаях приходилось прибегать к интерполяции более устойчивых в пространстве значений подземного стока в процентах от полного. Из краткой характеристики исходных данных, послуживших для составления карт элементов водного баланса, а следовательно, и для балансовой оценки водных ресурсов, видно, что пришлось использовать разнообразные данные по степени их точности. Это относится и к периоду наблюдений, за который определена норма речного стока. Конечно, о едином периоде для ее определения не может быть и речи, так как большая часть средних величин относится к самым разнообразным пеРис. 7. Картосхема использованных материалов для определения подземного стока в реки 1 — подробные данные — гидрологические ежегодники с данными о ежедневных раскол а х воды, 2 — неполные данные: единичные гидрографы, данные о средних месячных расходах воды, 3 — отсутствие данных — использование интерполяционных зависимостей элементов водного баланса от осадков, 4 — речная сеть отсутствует
риодам. Такое решение было вынужденным, но если бы и была возможность выбирать период для осреднения многолетних величин, то вряд ли это имело бы смысл, когда речь идет о глобальном обобщении, так как одному периоду в разных частях земного шара соответствуют разные циклы колебаний стока. Таким образом, единый период для определения нормы стока всех рек земного шара и даже отдельных континентов генетически не обоснован. В связи с этим вопросом рассмотрим существующие подходы к определению нормы стока. Наиболее распространенный способ — получение ее осреднением за возможно более продолжительный период. Д л я многих рек СССР, зарубежной Европы, США и некоторых других стран имеются гидрологические наблюдения за 80—100 лет, а массовый гидрологический материал — за 30—50 лет. Весьма заманчиво определение нормы за столь продолжительное время, но оно не лишено недочетов. Во многих случаях эти наблюдения относятся к периодам различной интенсивности хозяйственной деятельности в бассейне реки, поэтому и наблюдения за стоком неоднородны, так как помимо естественных циклических колебаний он отражает и антропогенные факторы —водозабор из рек для водоснабжения и орошения, изменение площади пашни и лесов, изменение методов обработки почвы и т. д. Эта проблема подробно освещена мною и моими коллегами в печати (Львович, 1963, 1971; «Водный баланс...», 1969). Некоторые выводы приводятся в III части данной книги. По этой причине здесь нет необходимости подробно на ней останавливаться. Отмечу лишь, что в некоторых случаях масштаб антропогенных изменений соразмерен с масштабом циклических колебаний. Односторонняя направленность колебаний общей увлажненности в Северном полушарии, а следовательно, и водности рек обнаружена А. В. Шнитниковым (1957) в связи с анализом многовековых ритмов 1800—2000-летней продолжительности. А. В. Шнитников проследил их начиная с XIV — XII вв. до н. э. вплоть до наших дней. Этот анализ позволил установить, что современный многовековой ритм характеризуется высокой увлажненностью, наступившей около 500 лет назад и продолжавшейся до конца XVIII — начала XIX в. Со второй половины XIX в. эта фаза сменилась спадом увлажненности материков Северного полушария. В указанной работе, подтвержденной новыми результатами исследований, А. В. Шнитников (1968) на основании многочисленных фактов показывает, что в настоящее время происходит общий спад увлажненности. При этом имеются основания предполагать, что интенсивность этого спада такова, что позволяет его ощутить в течение нескольких десятилетий. Обе причины — антропогенные факторы и естественные ритмические колебания — приводят к изменениям одного знака,
которые накладываются друг на друга и усиливают тенденцию к постепенному уменьшению водности рек. В этом заключается отрицательная сторона продолжительных гидрологических наблюдений. Но помимо этой причины, требующей осторожного отношения к «норме» стока за длительные периоды наблюдений, приходится считаться с тем фактом, что такие сколько-нибудь подробные данные для всего земного шара отсутствуют. Во многих странах Африки, Азии, Южной Америки и даже наиболее подробно изученной Европы данные о речном стоке стали появляться начиная лишь с 50-х годов текущего столетия. Следовательно, они имеются в лучшем случае за 15—20 лет. Получить сравнимые между собой ряды наблюдений и сравнимые нормы стока можно наиболее обоснованно путем анализа его колебаний. Исходя из общей идеи А. В. Шнитникова о том, что колебания уровня озер хорошо характеризуют колебания речного стока, А В. Агупов (1960) в качестве показателя, позволяющего оценивать колебания водности по отклонениям модульных коэффициентов стока от нормы в интегральной нарастающей последовательности, принял следующий:
где
Ап=Ъ(К1-1). 1 —модульный коэффициент отдельного года, п —
число лет от начала рассматриваемого периода. По выявленным таким образом циклам колебаний водности А. В. Агупов предложил выбирать период замкнутого цикла для определения среднего многолетнего стока истинной нормы. В тех случаях, когда продолжительность недостаточна для установления замкнутого цикла, А. В. Агупов предложил в качестве аналога принимать колебания уровня озер в пределах района с синхронными колебаниями стока. Сравнение теоретической ошибки нормы, зависящей от коэффициента вариации и продолжительности наблюдений, с фактической ошибкой, характеризующей отклонение среднего значения за принятое число лет от истинной нормы, объективно установленной за замкнутый период циклических колебаний, показывает, что даже при низком значении коэффициентов вариации (около 0,2) теоретические ошибки лишь формально характеризуют надежность нормы стока и существенно отличаются от фактических ошибок. Например, теоретическая ошибка средней величины стока Волги у Волгограда за 43 года (1910— 1952) составляет 2,9%, а фактическая ошибка достигает 9%, т. е. в 3 раза больше; за 20 же лет наблюдений (1910—1929) теоретическая ошибка составляет 0%. Это показывает, что второму периоду соответствует замкнутый цикл колебаний стока, поэтому он дает истинную норму, а формально теоретическая
ошибка в этом случае оценивается в 4,2%. Но для другого 20летнего ряда (1933—1952) при теоретической ошибке в 4,2% фактическая достигает 19%. Такое большое расхождение связано с тем, что этот 20-летний ряд не соответствует замкнутому циклу. Интересно, что сравнение циклических колебаний стока, установленных по указанному методу, показывает наличие синхронных колебаний в пределах Европейской части СССР с некоторыми отклонениями для севера и юга и асинхронность колебаний стока рек западнее и восточнее Урала. Циклические колебания сибирских рек отличаются почти противоположной направленностью от колебаний стока европейских рек. К аналогичному выводу приводят и результаты интересного исследования Г. П. Калинина (1968), построившего карты изокоррелят годового стока Волги и Миссисипи с годовым стоком около 50 других рек Европы, Азии и Северной Америки. Положительные коэффициенты корреляции получились в пределах почти всей Европы, а по Северной Америке — приблизительно севернее параллели Флориды; к востоку от Урала в пределах почти всей Азии, а также к югу от указанной параллели в Северной Америке коэффициенты корреляции с годовым стоком Волги и Миссисипи имеют отрицательное значение, что свидетельствует об асинхронности колебаний стока двух районов между отмеченными границами. Можно полагать, что в пределах тропического пояса Северного полушария циклические колебания речного стока отличаются своими закономерностями. Еще более разнообразная картина колебаний, несомненно, будет установлена, если учесть и реки Южного полушария, хотя в связи с волнообразной сменой распределения по территории синхронных и асинхронных колебаний нельзя отрицать положительных корреляций между колебаниями стока рек некоторых районов в обоих полушариях. На основании высказанных соображений и фактов следует вывод: для всех рек земного шара невозможно принять какойлибо один не очень продолжительный период наблюдений над стоком, чтобы он был сравним для всех рек и характеризовал истинную норму стока. А продолжительный период, охватывающий несколько циклов наблюдений, мог бы дать сравнимую норму, но практически это неосуществимо из-за недостаточности фактических данных. Но и такой подход не дал бы вполне достоверных выводов из-за естественной изменчивости увлажненности и антропогенных факторов, о которых было сказано выше. Единственное правильное решение, которое возможно осуществить в будущем, заключается в установлении нормы для замкнутых циклов колебаний речного стока. В этом случае независимо от синхронного или асинхронного характера циклических колебаний норма стока оказывается наиболее близкой к истинной, что и является ключом к получению норм стока, сравнимых для всех рек земного шара.
СТРУКТУРНЫЕ И ВЫСОТНЫЕ ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
Недостаточная в общем гидрологическая изученность суши и отсутствие опубликованных материалов требуют восполнения «белых пятен». Д л я подобных целей служат интерполяционные зависимости, уже давно применяемые в гидрологии. По крайней мере на протяжении семи десятилетий основной прием косвенного восполнения недостающих данных заключался в установлении зависимостей стока от осадков. Первые исследования в этом направлении А. Пенка (Penk, 1896), Е. Гейнца (1898), В. Уле (Ule, 1903), П. Шрейбера (Schreiber, 1904), Г. Келлера (Keller, 1906) и других авторов позволили установить линейные или нелинейные зависимости среднего многолетнего стока от осадков для Центральной Европы и Европейской России (Гейнц). Эти зависимости носили местный характер, и полученными эмпирическими формулами R=f(P) можно было пользоваться только лишь для тех условий, для которых они были выведены. Обстоятельное исследование зависимости испарения и стока от осадков провел Э. Ольдекоп (1911). Им было установлено понятие предельно возможного испарения (испаряемости — Етах), которое соответствует количеству испарившейся влаги при постоянном достаточном увлажнении почвы. Фактическое испарение меньше испаряемости вследствие того, что в течение года бывают периоды, когда почва иссушена и испаряться нечему. Правда, в это время происходит транспирация воды растениями, корневая система которых извлекает влагу из более глубоких слоев почвы или горных пород, но расход воды на транспирацию все же меньше суммарного испарения. Таким образом Э. Ольдекоп получил семейство кривых E—f(P,Emax)1, для которых было принято следующее выражение: Р Р— Р 1'1fh F ~ ^тах ' *- max где th — гиперболический тангенс. Д л я определения Етах Э. Ольдекоп установил зависимости его от дефицита влажности воздуха, причем расчеты проводились отдельно для теплого и холодного полугодий. Речной сток определялся по разности осадков и испарения. Другая интересная особенность исследования Э. Ольдекопа — сопоставление полученной им формулы с фактическими данными по стоку, испарению и осадкам не только речных бассейнов Европы, но также и других континентов — Азии, Африки и Америки. Таким образом, исследование Э. Ольдекопа интересно как в теоретическом отношении, так и с точки зрения первой попытки глобального обобщения. 1
Обозначения, принятые в этой книге.
Следует также упомянуть о методе А. Мейера (Meyer, 1919), установившего три графика для расчетов месячного испарения с почвы в зависимости от температуры воздуха и осадков, для расчетов транспирации в зависимости от температуры, а для зимних месяцев — испарения с поверхности снега также в зависимости от температуры. Проверка этого метода для некоторых рек СССР показала, что в преобладающем числе случаев ошибки не превосходят 5—6%, а в отдельных случаях достигают 15% (Великанов и Львович, 1930). Интерполяционные зависимости коэффициентов стока от дефицита влажности установили М. А. Великанов и Д. Л. Соколовский (1928), а вслед за ними С. Н. Крицкий и М. Ф. Менкель (1934). Д. Л. Соколовский (1952) разработал различные приемы приближенных вычислений речного стока и элементов режима рек при отсутствии или недостатке гидрологических данных. Большой вклад в это дело принадлежит также известному советскому гидрологу В. Г. Глушкову (1929, 1961), положившему начало особому направлению приближенных вычислений в гидрологии. Много было сделано в этом направлении другим известным гидрологом — М. А. Великановым (1929, 1948) и др. Эмпирические зависимости стока и испарения (осадки минус сток) от осадков и средней годовой температуры воздуха установил В. Вундт (Wundt, 1937). Ценно, что этот автор использовал довольно обширные для того времени исходные данные по 220 речным бассейнам различных частей суши. Установленные им зависимости по своей эмпирической обоснованности и по глобальному охвату явились заметным шагом вперед, поэтому при составлении первой мировой карты речного стока (Львович, 1945) я воспользовался ими для восполнения недостающих данных по районам суши, не изученным или слабо изученным в гидрологическом отношении. Однако я отдавал себе отчет в том, что годовые суммы осадков и средние годовые температуры воздуха далеко не полно характеризуют факторы, влияющие на сток, поскольку из важных климатических факторов они не учитывают особенности сезонного хода осадков и температуры, влажность воздуха, не говоря уже о почвенно-растительных условиях. Сток, рассчитанный по этим графикам, я назвал климатическим, поскольку графики не учитывали влияния почвенных и растительных условий. Г. Керн (Kern, 1954) сделал попытку улучшить зависимости, установленные В. Вундтом для рек юга ФРГ, путем учета распределения осадков в течение года. Это заметно снизило погрешности (об этом говорит Р. Келлер, 1965), но этот частный фактор может иметь меньшее значение для других районов, поэтому вопрос о необходимости комплексного подхода при установлении зависимостей стока от основных влияющих на него факторов остается в силе. В этом отношении шаг вперед был сделан
Г. Бренкеном (Brenken, 1960), рукопись которого прокомментировал Р. Келлер (1965). Г. Бренкен вывел уравнения зависимости стока от осадков типа упомянутых уравнений А. Пенка, Е. Гейнца, Г. Келлера и других для различных зон. Зависимости носят чисто эмпирический характер и далеки от теории, но факт установления зависимостей для географических зон, несомненно, заслуживает внимания. Теперь перейдем к изложению метода зональных структурных кривых, предложенного автором этой книги. Этот метод исходит из системы уравнений водного баланса (см. раздел «Система уравнений водного баланса»). Как мы знаем, валовое увлажнение почвы W определяется по разности осадков и поверхностного стока W=P—S. Но по другому уравнению этой системы P = S + U + E, где U — подземный сток, Е — испарение. Заменяя осадки в первом из этих уравнений их значением из второго, получаем W={S + U+E)—S
или
W=U+E.
В основе структурных кривых лежит это последнее уравнение, смысл которого заключается в том, что почвенная влага расходуется на питание подземных вод (впоследствии питающих реки) и на испарение, включая транспирацию. На рис. 8 показана теоретическая схема структурных кривых. Кривая E = f(W) в верхнем пределе стремится к асимптоте, которая соответствует максимально возможному испарению — испаряемости ЕтаХ. Радиационный баланс и состояние приземного слоя атмосферы при постоянном насыщении почвы влагой не позволяют испариться большему количеству воды. Испаряемость приблизительно соответствует испарению с водной поверхности. Различие в основном связано с альбедо поверхности воды и суши, а также с некоторыми другими причинами. Чем больше тепла и вообще чем благоприятнее условия испарения, тем кривая E=f(W) располагается ближе к прямой, проведенной под углом 45°. В пределе испарение равно валовому увлажнению (E = W ) — в с я почвенная влага испаряется и питание подземных вод не происходит. Это относится к пустыням и полупустыням, где практически все осадки впитываются почвой ( W = P ) и расходуются на испарение ( Е = Р ) . В соответствии с изменением теплового баланса относительно атмосферных осадков и других природных условий кривая E=f(W) удаляется от прямой и приближается к оси абсцисс. Из этой краткой характеристики сути кривых E — f(W) видно, что их положение отражает природные условия.
1000
E= W
>
/ >
500
u=i(w)
500
1000
WMM
1500
Рис. 8. Схема структурных кривых водного баланса W — валовое
увлажнение территории, Е — испарение, земный сток, Е max — испаряемость
U — под-
По эмпирическим данным, для каждой географической зоны была установлена своя кривая E=f(W). Каждому положению кривой E~f(W) соответствует и положение кривой U=f(W). Физически это означает, что возобновимые ресурсы почвенной влаги (инфильтрация), не успевающие испариться или израсходоваться на транспирацию, расходуются на питание подземных вод. Графически координаты кривой U=f(W) соответствуют разности координат кривой E — f(W) и биссектрисы (E = W). Питание подземных вод и испарение— тесно взаимосвязанные явления водного баланса, что иллюстрируется и тесной функциональной зависимостью обеих кривых. Это говорит о том, что кривые U = f ( W ) подчиняются зональным закономерностям так же, как и кривые E=f(W),— вывод, чрезвычайно важный для теории происхождения (питания) подземных вод зоны наиболее активного водообмена (в пределах части земной коры, дренированной речными системами). Этот вопрос будет рассмотрен при анализе географического распределения подземного стока в реки (см. гл. V), поэтому ограничимся лишь еще одним замечанием по данной проблеме. Зональность подземных вод в пределах активного водообмена, что в основном относится к грунтовым водам, была для Европейской части СССР впервые установлена В. С. Ильиным (1923). Затем районирование грунтовых вод Европейской части СССР дал Б. JI. Личков (1931), а для всей территории СССР — Г. Н. Каменский (1949). Много и успешно над этой проблемой
работал О. К. Ланге (1947, 1950, 1959). Общая идея зональности подземных вод еще раньше была высказана В. В. Докучаевым, а затем П. В. Отоцким (1905). Все исследования по географической зональности подземных вод послужили существенным вкладом для развития представлений по этой проблеме, но они носили почти чисто качественный характер и не учитывали количественных характеристик питания подземных вод. Система моих уравнений водного баланса и структурные кривые решают эту проблему на основе количественных характеристик питания подземных вод, дренируемых реками, притом с учетом других элементов водного баланса, особенно инфильтрации и испарения, с которыми оно наиболее тесно связано. Д л я каждой географической зоны свойственна своя пара структурных кривых. При этом, если в прежних кривых (Э. Ольдекоп, В. Вундт) переход от одной кривой к другой производился на основании таких частных показателей, какими является дефицит влажности воздуха или годовая температура воздуха, то в предложенных мною структурных зависимостях каждая пара кривых соответствует определенной географической зоне, отражающей комплекс физико-географических условий, включающих такие важные факторы, как климатические, почвенные и растительные. Таковы теоретические положения зональных структурных воднобалансовых зависимостей, закономерности которых почти для всей суши изложены в следующей главе (см. стр. 182—213). Здесь же нас интересуют вопросы теории зональных структурных кривых в качестве пути для построения интерполяционных зависимостей, необходимых для восполнения недостающих гидрологических данных. Но для таких зависимостей чисто рабочего, вспомогательного назначения мы не можем воспользоваться всеми теоретическими преимуществами зональных структурных кривых, так как все три переменные этих кривых — валовое увлажнение, испарение и питание дренированных реками подземных вод — неизвестны для неизученных в гидрологическом отношении районов. Следовательно, необходимо, чтобы одна из переменных была известна для неизученного района. В качестве такого элемента вместо валового увлажнения территории в структурных зависимостях могут служить атмосферные осадки, наиболее изученные и в тех районах, по которым отсутствуют гидрологические данные. Д л я оценки по интерполяционным зависимостям полного стока R от осадков Р служат кривые R — f(P). Эти зависимости устанавливаются по имеющимся для каждой зоны данным о водном балансе и распространяются на неизученные районы этой же зоны. Зная эти два элемента баланса, можно оценить и испарение— Е—Р — R. Но для определения других структурных элементов водного баланса — подземного стока U и валового увлажнения почвы W — зависимости R = f(P), как это понятно»
Рис. 9. Интерполяционные зависимости полного стока (R) и валового увлажнения территории (W) от осадков (Р) для Южной и Юго-Восточной Азии 1 — лесолуговой пояс (Западные Гималаи), 2 — лесной пояс (Восточные и Центральные Гималаи), 3 — влажные вечнозеленые леса (преимущественно среднегорья северных тропиков Индокитая), 4 — переменно влажные листопадные муссонные леса, 5 — саванны и редколесья, 6 — полупустыни и пустыни
Ямм
S,mu
— —
I500r
I ООО
/
/
J/
/
/
—/
/
/
/
/
/
°
All
9 / sV
/
500
/
/
/
/
/
/
/
у IV II
/ •
• йЯ..,..7. 500
»
1000
у
°
о --
as*
1500 Осадки,(Р),мм
/W
1 • I «II + Ша • Шб о||[в Ф III г -ff 'V 2000
2500
Рис. 10. Интерполяционные зависимости полного стока (R) и поверхностного стока (S) от осадков (Р) для Африки I — хвойные горные л е с а Северной Африки. II — вечнозеленые жестколистные леса и кустарники. III — саванны: а — опустыненные саванны и степи, б — сухие, в — влажные, г — редколесья, безлистные в сухое время. IV — влажные вечнозеленые леса
4 — 4897
97
Рис. 11. Интерполяционные зависимости полного (R) и поверхностного стока от осадков (Р) для севера Канады
(S)
1 — лесотундра, 2 — тайга
/
/
/
/
/
/
.... - - Ф
/ Ф ф
/
/
/
/
/
, /
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
ф 4
/
/
ф / ф/ ф
1-2
/
/
Ф Ф
фф .
(
/
\/ Ф/ У
/
ду£> о 3ft о jtr
Ф
о
/
Jft^"
/
/
/ ф /
/
/
/
/
/
А
у
ЙЙП 9
1000
о
• 1 ~
/ > ® / о о
о 2 Ф 3 ®
15QQ
2000
2500
4
3000
Рис. 12-А. Интерполяционная зависимость полного стока (/?) от осадков (Р) для Южной Америки 1 — горные полупустыни, 2 — горные луга, степи и саванны, 3 — горные влажные вечнозеленые леса, 4 — степи и саванны равнин
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
1 ф фу / / ф
Ф О
/
/
/
/
/
о О ,
J/S
—
9
/
X/
»
ф
3
У ф
ф
*
А
1-2
»
Рис.
/
/
/
/
/
•1 О2 ф3 ® 4
у
9
12-Б. Интерполяционная зависимость поверхностного стока осадков (Р) для Южной Америки
(S)
от
Обозначения см. на рис. 12-А
непригодны. Этим целям служат зависимости W=f(P) или S=f(P), где S — поверхностный сток. В первом случае, зная Р, R и Е, по вычисленным значениям W можно определить S = P — W, а следовательно, и U—R— 5, а по другому вариант у — U=W — Е. Этими уравнениями можно пользоваться, зная поверхностный сток 5. Тогда W=P—S,
U = W—E
и
R=U+S.
На рис. 9—12 приведены интерполяционные кривые для четырех материков. По хорошо изученным Европе и Австралии (для полного речного стока) не было необходимости в использовании интерполяционных кривых. Как видно из табл. 11, вероятные погрешности интерполяционных кривых колеблются в пределах до 17%. Из 30 кривых вероятные погрешности 10% и менее относятся к 13 случаям. Конечно, этот результат дает приближенное решение, но следует учесть, что и исходные данные, использованные для построения интерполяционных кривых, весьма разнородны по своей точности и сравнимости, так как относятся к различным периодам наблюдений, а иногда к коротким рядам наблюдений. Не всегда можно считать вполне точными и размеры площадей речных бассейнов, которые служили для расчетов элементов водного баланса в миллиметрах слоя. Тем не менее мы имеем общее, хотя и не особенно точное, представление о распределении по территории материков всего комплекса элементов водного баланса и получаем приближенную балансо4*
99
Таблица 11 Вероятные ошибки интерполяционных кривых Зона
Лишенные лесной растительности склоны Гималаев Лесолуговой пояс западногималайских субтропиков Влажные вечнозеленые тропические леса (среднегорье северных тропиков) Листопадные переменно-влажные леса
Тип зависимости
W=f(P) R = f(P) W—f(P) R=f(P) W=f(P) R=f(P) W=f{P)
R4(P) Сухие тропические преимущественно ксерофильные редколесья Опустыненные саванны и полупустыни Саванны Хвойные средиземноморские леса «2 я .
Жестколистные леса и кустарники
W=f(P) R-f{P) W=f(P) R-f(P) W=f(P) R=f(P) R4(P) S4(P) R4(P)
13 15
R=f(P)
16 17
R4(P) s=f(P) R=f(P) S4(P)
7 9
S-/(P)
Влажные вечнозеленые леса Северная Америка (рис. И)
S = /(P) Лесотундра Тайга
15 16
Горные степи и саванны
R=f(P) 5=/(Р)
Горные влажные вечнозеленые леса
R=f(P) S=f(P)
Равнинные степи и саванны
R=f(P) S=f{P)
15 16
8 U
вую оценку ресурсов пресных вод, в том числе и для многих стран, не изученных в гидрологическом отношении. Приведенный анализ зональных структурных зависимостей, а также интерполяционных зависимостей, основанных на их- принципе, показывает, что имеется полное основание считать результаты расчетов по этим зависимостям ближе к действительности, чем результаты прежних расчетов, основанных на зависимостях В. Вундта. Поскольку рассчитанный сток и другие элементы водного баланса учитывают комплекс зональных природных факторов, а не только климатические показатели, постольку
имеются основания не применять к данным о стоке, полученным путем интерполяции, термин «климатический», который я применил в своей первой работе о мировом водном балансе (Львович, 1945), где восстанавливал недостающие данные о речном стоке по кривым В. Вундта. Д л я горных районов служат интерполяционные кривые другого типа — зависимости стока и других элементов водного баланса от высоты над уровнем моря. Каждая из таких кривых, полученная для ограниченной горной территории, характерной по условиям определенной экспозиции склонов либо относящейся к замкнутой горной котловине, дает возможность строить карты элементов водного баланса для горных районов, где их распределение по территории обычно бывает весьма пестрым. Без применения интерполяционных приемов для горных районов получить карты элементов водного баланса по существу невозможно даже при наличии густой сети гидрометеорологических станций, так как в условиях горных районов трудно оценить их репрезентативность. Высота над уровнем моря отражает комплекс физико-географических условий высотной поясности. За отдельными исключениями, с высотой улучшаются условия конденсации атмосферной влаги и увеличиваются атмосферные осадки, усиливается солнечная радиация и вместе с тем понижается температура воздуха, меняются почвы и растительность, уменьшается испарение, возрастает речной сток, увеличивается увлажнение территории и улучшаются условия питания подземных вод и их дренирования реками. Одним словом, с высотой изменяется весь комплекс ландшафтных условий, а вместе с ним и условия увлажненности, соотношение между элементами водного баланса. Но в связи с тем что характер этих условий неоднороден в пределах горного сооружения и меняется для его различных частей в зависимости от влияния широтной (горизонтальной) зональности, экспозиции склонов, экранирования их другими хребтами и от других причин, кривые зависимости элементов водного баланса от высоты над уровнем моря приходится строить для отдельных более или менее ограниченных горных территорий. Границы таких районов устанавливаются главным образом эмпирически, по расположению точек на зависимостях элементов водного баланса от высоты над уровнем моря, отчасти по другим независимым признакам. Чрезвычайно интересно, что закономерности высотной поясности водного баланса выражены настолько ярко, что перекрывают влияние широтной географической зональности. Последнее в горных условиях можно выявить лишь на основании зависимостей элементов водного баланса от высоты. Такой метод, позволяющий элиминировать влияние высоты и в возможно более чистом виде оценивать роль широтной зональности, дал весьма интересные результаты для Уральского хребта, вытянутого ме-
ридионально на протяжении более 2 тыс. км («Водный баланс СССР...», 1969; Львович, 1971). Насколько известно, впервые зависимость стока от высоты речных бассейнов установил известный советский гидролог Б. Д. Зайков (1933) для рек бассейна оз. Севан в Армении, обратив внимание на группировку этих зависимостей для трех районов. Почти одновременно вышла и другая работа по речному стоку Армянской ССР (Давыдов и Владимиров, 1933), в которой также сделана попытка установить зависимость речного стока от высоты. Вследствие малочисленности данных и разнообразия формирования стока в Армении зависимость стока, установленная двумя последними авторами, получилась недостаточно совершенной. Через некоторое время были опубликованы результаты аналогич«ой попытки установления зависимости R=f(H) для верхнего течения p. Аар (Spillman, 1936). В связи с тем что зависимость относилась к более однообразным условиям, она получилась более определенной. Это исследование интересно также тем, что зависимость от высоты не ограничивал а с ь стоком, а включала также осадки и испарение. Порайонные зависимости стока от высоты были получены Б. Д. Зайковым (1946-а) для Кавказа, причем этот автор впервые использовал их как интерполяционные для составления довольно подробной карты стока в столь сложных условиях формирования его, какими отличается эта горная область. Достаточно сказать, что эти зависимости были установлены для 29 районов. Следующий шаг в этом направлении был сделан Н. М. Алюшинской (1955) под руководством видного советского гидролога Л. К. Давыдова для Алтая, в пределах которого было установлено пять зависимостей стока от высоты, послуживших для составления карты изолиний речного стока. Весьма подробные исследования не только стока, но и элементов водного баланса, рассчитанных по системе дифференцированных уравнений, были сделаны для Румынии во время совместных советско-румынских географических исследований 1955—1960 гг., гидрологической частью которых руководил автор этих строк («Monografia Geografica...», 1960; Ujvari, 1959). Известными румынскими гидрологами С. Думитреску, Д. Лэзереску и И. Панаит были получены довольно подробные кривые зависимости стока от высоты над уровнем моря для 13 районов Румынии («Monografia Geografica...», 1960), исключая равнинные части страны. Подобные зависимости были получены для поверхностного (паводочного) стока, испарения, валового увлажнения территории и коэффициентов питания рек подземными водами (Ujvari, 1959). Почти одновременно проводились аналогичные исследования в Болгарии, в которых также принимал участие автор. Поскольку, как и в Румынии, 2/з территории Болгарии занято горами и межгорными котловинами, было вполне обоснованно для изучения речного стока этой страны применить
Рис. 13. Зависимость -подземного стока рек Кавказа в процентах полного (£/%) ,от высоты над уровнем моря (Я) Реки: 1—Аджаро-Имеретинскогок хребта, 2 — Абхазии, 3 — Ажвахетского нагорья, 4 —бассейна Храми, 5 — бассейна Ингури и юго-западного склона Мегрельского хребта, 6—7 — Армянского нагорья, 8 — Триалетского хребта, 9 — Риони и Цхенис-Цхарй, 10 — бассейнов Нори и Алазани, 11 — бассейнов Большой Лйахви и Арагви, 12 — бассейна Кубани, 13 — бассейна Терека, 14 — северо-восточного склона Большого Кавказа
метод гидрологических зависимостей от высоты. Весьма подробная карта речного стока с применением этих зависимостей была построена Р. И. Русевым (1961), а схематические карты элементов водного баланса и типология водного баланса разработана мною также с применением подобных зависимостей («География на България», 1966). Д л я Грузии Л. А. Владимиров (1962) построил подробную карту стока Грузии на основании 40 зависимостей стока от высоты. Вслед за этим для Физико-географического атласа мира (1964) были подготовлены карты стока (с применением зависимостей стока от высоты) — очень подробная для 79 районов Кавказа (Владимиров и Гвахария, 1964), а также для Средней Азии (Шульц, 1964). Как мы видим, в 50-х годах исследования водного баланса и стока горных районов (с применением высотных зависимостей) развивались быстро и получили большое применение. Не менее интенсивно они развивались и в 60-х годах. Прежде всего необходимо отметить работы отдела гидрологии Института географии АН СССР, где по системе дифференцированных уравнений был охарактеризован водный баланс горных сооружений: Алтая (Е. И. Куприянова), Средней Азии (И. Д. Цигельная), Кавказа (Н. Н. Дрейер), Урала (М. И. Львович, 1971; «Водный баланс
Нм
3200
/3 S
R
Л 2400
о / /О
4
800
У
/
/
/
f/
/
' Л
/У
J Л / f - f
5
—•5 5 /о/ 4
2
ч 1600
и
г•У
о
.3
д1 L
/2
• .•
J
/
АI JА 400
1200
1600 О
Рис. (V)
Рис.
А/ 0
200
j
400
•
1
4 1 А А / A yS"
'•J.
о 4 /
80
/
/к
1 А '
^Г 3
/
*
160
240
300
L
600
15. Зависимости полного (R), поверхностного (S) и подземного стока рек Алтая от высоты над уровнем моря (Я) и районь: к которым они относятся
14. Зависимости подземного стока (U) Средней Азии от высоты над уровнем моря (Я) и схема районов, к которым они относятся а — границы района, б — районы, по которым зависимости не установлены
Рис. 16. Зависимости элементов водного баланса рек Урала от высоты над уровнем моря (Я) Р — осадки, R — полный сток, S — поверхностный сток, U — подземный сток, Е — испарение, коэффициент питания рек подземными водами. 1 — Полярный Урал, 2 — Северный Урал, 3 — Средний Урал, западный склон, 4 — то же, восточный склон, 5 — Южный Урал, западный склон, 6 — то же, восточный склон
Щ
Ш
щ
2000
I II
т
' /h / L А t-fojo L ЛО Е# г*( ОСР Ш, #ml ЙР / / + + Jo *L 1®' + & yi j 9?0 /G Fr / / + +
i
V
uv rfav^
1
sy/J
Wmm 100
200
300
-400
500
Рис. 17. Зависимости подземного стока ( U ) рек Румынии (Карпат) от высоты над уровнем моря (Я) и схема районов, к которым они относятся
Рис. 18. Зависимости валового увлажнения территории Румынии {W) от высоты над уровнем моря и схема районов, к которым они относятся
Нм
Рис. 19. Типологические структурные графики водного баланса Болгарии: зависимости элементов водного баланса (в % от осадков) от высоты над уровнем моря (Я) W — валовое
увлажнение территории, Е — испарение, S — поверхностный U — подземный сток, R — полный сток
сток*
СССР...», 1969). Результаты этих исследований положены в основу составления карт водного баланса горных районов СССР (рис. 13—16). Кроме того, подробное исследование по этому методу провела для восточной части Большого Кавказа Р. М. Кашкай (1966, 1973), получив при этом для разных горных поясов структурные кривые водного баланса типа зональных. Из последних работ следует упомянуть исследование в Румынии И. Уйвари (Ujvari, 1972), в котором даны уточненные карты элементов водного баланса Румынии, основанные на высотных зависимостях для Карпат. Д л я двух элементов водного баланса они приведены на рис. 17 и 18. Следует отметить высокую степень дифференциации территории Румынии по признаку зависимости элементов водного баланса от высоты над уровнем моря (например, для зависимостей R=f(H) выделено 20 районов), при этом интересно, что довольно высокая степень обеспеченности кривых достигнута при объединении на одной кривой нескольких несмежных районов.
Рис. 20. Зависимости элементов водного баланса Альп or высоты над уровнем моря (Н) и районы, к которым они относятся Р — осадки, R — полный сток, S — поверхностный сток, U — подземный сток, Е — испарение, W — валовое увлажнение территории. 1 — Французские и Итальянские Альпы (без Прованса и Венецианских известковых Предальп); Швейцарские Альпы: 2-а — долины, открытые на юг и восток, 2-6 — долины, открытые на з а п а д и север; 3 — Восточные известняковые Альпы и Северные Предальпы Восточных Альп; 4 — кристаллические Восточные Альпы
Д л я типологической характеристики водного баланса Балкан (территории Болгарии) автор (1966) применил структурные графики элементов водного баланса, выраженные в процентах годовых осадков от высоты над уровнем моря (рис. 19). Этот методический прием позволяет на одном графике получить соотношение всех элементов водного баланса, описанных системой уравнений, положенных мною в основу комплексного изучения водного баланса, а также их динамику, связанную с высотной поясностью. Левый график рис. 19 характеризует относительно низкое испарение и валовое увлажнение территории при высоких значениях потерь воды на поверхностный сток. Правый график отличается относительно повышенным испарением и увлажнением почвы при сравнительно низких значениях стока. На рис. 20 приведены высотные интерполяционные графики водного баланса для Альп (Черногаева, 1971). Зависимости элементов водного баланса от высоты над уровнем моря, а не только давно применяемые подобные зависимости для полного речного стока служат основой для воднобалансовых карт. Без подобных зависимостей карты элементов водного баланса невозможно строить для горных районов даже при большом объеме исходных гидрометеорологических данных. ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Среди методов гидрологических исследований значительное место принадлежит приемам, позволяющим на основании измерений стока на реке в каком-либо створе оценивать водность ее притоков и по существу речной сток в любой части ее бассейна. Эти задачи решаются с помощью картографирования элементов гидрологического режима и водности рек. Метод картографирования применяется в гидрологии десятилетия, но, как это часто бывает в истории науки, его развитие не было равномерным, все нарастающим, а характеризовалось подъемами и спадами. Первая карта многолетнего речного стока США, насколько мне известно, была опубликована восемь десятилетий тому назад (Newell, 1892—1893). Но после ее выхода в свет в литературе продолжительное время подобных карт не появлялось. В Советском Союзе гидрологическое картографирование испытало подъем с 20-х годов. И это было не случайно: при огромных размахах индустриализации страны крайне скудные в то время материалы о водности рек могли бы создать ряд трудностей в осуществлении проектов народнохозяйственного строительства, если бы не была проявлена в гидрологической науке известная гибкость, выразившаяся в решении сложных задач применительно к запросам практики. В этом отношении значительная роль принадлежала приемам гидрологического картографирования как методу интерполяционных решений при недо-
статочных гидрологических данных. Широкое распространение получили также и другие приемы интерполяции, в основе которых лежали зависимости различных элементов водности и гидрологического режима от более полно изученных в то время метеорологических факторов. Картографирование и другие приемы послужили большим вкладом в решение хозяйственных задач первых пятилеток, но вместе с тем явились существенным стимулом для развития гидрологической науки и фундаментального становления ее теории. Но этому периоду подъема гидрологической науки, о котором здесь идет речь, предшествовал период исканий. Так, до середины 20-х годов преобладало мнение о том, что речной сток, даже выраженный в относительных единицах — в модулях стока или в миллиметрах слоя, нельзя обобщать по территории, так как он зависит не только от зональных физико-географических условий, но и от размеров площади бассейнов. В связи с этим одно время даже господствовало мнение о том, что карты речного стока можно строить лишь для различных диапазонов площадей бассейнов. К счастью, эта точка зрения просуществовала недолго, и на смену ей пришли интересные работы Д. И. Кочерина (1932), опубликовавшего в 1927 г. первую карту речного стока для Европейской части СССР. Методологически важно, что эта карта — плод теоретического обоснования правомерности обобщения данных по водности для рек разных размеров. Кроме того, Д. И. Кочерин сумел, располагая весьма скудными данными (только по 34 створам), получить достоверную карту. Это удалось благодаря привлечению для интерполяции данных об осадках. Одновременно стали появляться более подробные карты стока по отдельным частям СССР, в том числе и составленная автором в 1932 г. первая карта речного стока для Дальнего Востока, охватившая бассейны рек, впадающих в Японское и Охотское моря, бассейн Амура и бассейны рек Камчатки. Подобные карты появились по Уралу, Западной Сибири. Характерная для них методическая черта — недостаточность данных для больших пространств с самыми разнообразными условиями формирования речного стока. Эти черты присущи и современным картам мирового водного баланса. Они сохраняются и для некоторых отдельных крупных частей континентов. Тем не менее последующий опыт, когда появились более обильные исходные материалы, показал, что эти карты в общем правильно освещали распределение стока по территории. Следующий этап в развитии картографирования — известные карты речного стока СССР Б. Д. Зайкова и С. Ю. Белинкова (1937), Б. Д. Зайкова для СССР (1946) и для Европы (1938), затем упоминавшаяся первая карта речного стока мира (Львович, 1945). После выхода в свет карты стока по США Ф. X. Ныоэля в гидрологической литературе наступил продолжительный
перерыв, и новая карта для этой страны появилась лишь почти через 40 лет (Low Dams, 1938). Что же в это время происходило в других странах? Судя по общим, не претендующим на полноту впечатлениям, сложившимся на основании систематического ознакомления с иностранной литературой, карт речного стока по более или менее значительным территориям почти не появлялось. И это находит свое объяснение именно в том, что во многих странах в указанное время существовала довольно густая сеть гидрологических станций, позволившая решать практические задачи непосредственно по данным наблюдений, не прибегая к интерполяционным приемам. В необходимых случаях применялись другие приемы интерполяции, но особой нужды в гидрологических картах не было. Такой подход в какой-то мере был оправдан практическими задачами, но ограничивал возможности исследования генезиса и изучения географических закономерностей гидрологических явлений, которые наряду с вкладом в развитие теории науки, несомненно, открывали новые перспективы и для углубления практических решений. Вероятно, по этим причинам после 50-х годов появились карты по многим странам, в том числе и по странам, располагавшим хорошей сетью гидрологических станций, но прежде не прибегавших к такому методу обобщения гидрологических материалов. Приведу несколько примеров: карты стока Болгарии (Маринов и др., 1959; Русев, 1961), Румынии (Ujvari, 1959; «Monografia Geografica...», 1960), США (Low Daws, 1938; «National Atlas...», 1970), Индии (Khosla, 1960), Австралии («Surface water...», 1967), Канады («Hydrological Atlas...», 1969) и некоторых других стран. Продолжало развиваться и гидрологическое картографирование в СССР. Была опубликована сравнительно крупного масштаба (1 : 5 0 0 0 000) карта стока СССР (Воскресенский, 1962), хотя и без больших подробностей. Затем в Институте географии АН СССР в процессе подготовки серии изданий по географии отдельных районов СССР («Природные условия... СССР», 1963— 1972) под руководством автора почти для всех районов СССР составлялись карты речного стока и других элементов водного баланса с использованием всех имевшихся исходных материалов и с применением различных интерполяционных методов, позволявших уточнить и детализировать карты на основании различных физико-географических признаков. Эта большая работа была обобщена для всего Советского Союза (Дрейер, 1969). Еще раньше были составлены едва ли не наиболее сложные в методическом отношении карты стока горных районов Кавказа (Зайков, 1946-6; Владимиров, 1962, 1970; Владимиров и др., 1964; Кашкай, 1966, 1973; Рустамов и др., 1969) и Средней Азии (Шульц, 1964, 1965). Следует также упомянуть обобщенные сведения об особенностях водного баланса горных районов М. И. Львовича (Урал), Н. Н. Дрейер (Кавказ), Е. И. Куприя-
новой (Алтай) и И. Д. Цигельной (Средняя Азия) (см. «Водный баланс СССР...», 1969), о которых упоминалось в предыдущем разделе. Здесь можно ограничиться перечисленными примерами, а желающих подробнее ознакомиться с развитием представлений о речном стоке горных районов отсылаем к книге, специально посвященной этой проблеме (Владимиров, 1960). Итак, методу картографирования принадлежит существенная роль в гидрологии. Он способствовал развитию гидрологической науки, несомненно, в более широких рамках, чем здесь освещается, так как за пределы настоящей главы выходит картографирование других гидрологических явлений и элементов режима. Так, этот метод применялся для гидрографического картографирования, например, густоты речной сети, типологических особенностей водного и ледового режима, гидрохимии речных вод, твердого стока и др. Некоторые из этих вопросов будут освещены в гл. VI. Теперь нам остается кратко охарактеризовать основные требования, предъявляемые к картографированию в гидрологии. Прежде всего остановимся на выборе масштаба карты, который не может приниматься произвольно, а зависит от нескольких условий. Основное из них — соответствие выбранного масштаба карты сущности явления, подлежащего картографированию. Если задача заключается в обобщении гидрологических явлений зонального плана, о чем идет речь в этой книге, то предпочтение отдается мелким масштабам карт. Вместе с тем для картографирования гидрологических явлений внутризонального плана карты мелкого масштаба, как правило, непригодны. Иллюстрируем это на примере элементов водного баланса, например речного стока. Характеризуя внутризональные особенности стока, приходится учитывать его скачкообразные изменения на границах угодий. При переходе, например, от Поля к лесу сток резко уменьшается. Д л я того чтобы карта отражала эту закономерность, ее масштаб должен быть крупным, приблизительно порядка 1:10 000— 1:500 000, иногда и крупнее. Для этих целей, правда, могут служить и мелкомасштабные карты, каждая из которых характеризует одну из внутризональных гидрологических особенностей. Но для речного стока зонального плана, т. е. по данным о речном стоке с водосборов площадью сотни и тысячи квадратных километров, в пределах которых сток формируется на разных угодьях, в различных почвенных условиях, наконец, в условиях различных антропогенных воздействий на почву и растительность, подход к картографированию должен сообразоваться с тем фактом, что сток, измеряемый в замыкающем створе, представляет собой интегральную характеристику совокупности условий всего речного бассейна. Для таких элементов гидрологического режима крупномасштабное картографирование в пределах указанных масштабов лишено смысла, поэтому предпочтение отдается относи-
тельно мелким масштабам, во всяком случае менее 1 : 1 000 000. Но и при картографировании элементов водного баланса зонального плана может потребоваться относительно более крупномасштабная карта. Это, например, относится к горным районам, где условия высотной поясности подвергаются контрастным изменениям по территории. Наоборот, для равнинных условий можно ограничиться более мелким масштабом, поскольку изменения по территории чаще всего происходят плавно и расстояние между изолиниями получается достаточным для чтения и мелкомасштабной карты. Далее, выбор масштаба карты зависит также от насыщенности ее исходными данными. Например, упомянутая первая карта речного стока Европейской части СССР была составлена Д. И. Кочериным по 34 точкам в масштабе около 1 :25 000 000, но через десять лет Б. Д. Зайков и С. Ю. Белинков располагали уже для этой же территории данными о речном стоке по 550 створам и поэтому в качестве основы приняли карту в масштабе 1:5000000. Такой порядок масштаба воднобалансовых карт возможен, конечно, для отдельных стран, но для земного шара в целом, сообразуясь с крайне неравномерной гидрологической изученностью, поневоле приходится ориентироваться на карты значительно более мелкого масштаба. Варианты карт элементов водного баланса, представленные автором для данной монографии, составлялись по отдельным материкам на основах, масштабы которых колебались в пределах 1 : 15 000 000— 1 :20 000 000. Эти карты сводились (с соответствующей генерализацией) в рабочем варианте на карту мира масштаба 1 : 40 000 000, с тем чтобы издать в масштабе 1 : 75 000 000. К сказанному нужно еще добавить, что при картографировании элементов водного баланса по речным бассейнам их величины относят к геометрическому центру водосбора. Если река велика и условия формирования водного баланса в пределах ее бассейна разнообразны (например, часть бассейна занята горами), отнесение величины к центру водосбора становится неправомерным. В таких случаях теоретически правильнее эти величины привязывать к точке среднего взвешенного стока, но практически это сделать невозможно, так как потребовало бы знания распределения речного стока по территории еще до составления карты. Остается еще сказать о выборе сечения для изолиний. Более или менее общепринятым принципом в этом вопросе является сопоставление степени наличия гидрологических данных для территории со степенью заданной генерализации карты. При составлении карт, приведенных в следующей главе, мы стремились показать главнейшие черты распределения элементов водного баланса территории в пределах материков. Что касается карты полного речного стока, то по сравнению с прежними моими картами для более полной характеристики районов с минимальным стоком к изолинии 50 мм добавлены изолинии 20 и 10 мм. Для
характеристики же районов максимального стока изолиния 1500 мм оставлена без изменений по следующим соображениям: в равнинных районах, где сток более 1500 мм (например, в бассейне Амазонки), исходных данных недостаточно, чтобы выделить изолинии более высоких значений. В горных же районах, а в ряде случаев и в равнинных помимо недостаточности исходных данных необходимо учитывать, что районы со стоком более .2000 — 3000 мм охватывают сравнительно небольшие площади и выделить их в принятых масштабах практически невозможно. Сказанное здесь о приемах, примененных при составлении карт, помещенных в настоящей книге, необходимо для разъяснелия картографических принципов, положенных в основу. Кроме того, изложенное может служить и материалом для выработки общих методических приемов гидрологического картографирования. ПУТИ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОДНОГО БАЛАНСА СУШИ
В заключение главы уместно кратко осветить уровень предложенного мною метода изучения водного баланса суши в сравнении с другими и высказать соображения о путях дальнейшего его развития. Конечно, взаимосвязь шести элементов водного баланса, хотя еще пока определяемых приближенно, представляет большие преимущества в сравнении с прежним методом, устанавливающим взаимосвязь только трех элементов. Но прежний метод, основанный на уравнении P = R+Et еще широко используется, во всяком случае пока еще больше, чем предложенный мною метод. Вместе с тем некоторые авторы, когда речь идет о глобальных исследованиях речного стока, выражают недоверие выводам, основанным на обобщении имеющихся материалов гидрометрических наблюдений на реках, и ищут другие пути расчетов мирового речного стока. Примером может служить исследование известного американского гидролога Р. Л. Нейса (Nace, 1971), предложившего оригинальный и интересный прием расчетов мировото речного стока, но, несомненно, по точности уступающий обобщению непосредственных данных по стоку, д а ж е несмотря на большие пробелы в гидрологической изученности. Эти пробелы, как было подчеркнуто, восполняются с помощью интерполяционных кривых и методов картографирования. Но прием Р. Л. Нейса, основанный на интегрировании расходов воды рек различных порядков, устанавливаемых по убывающим степеням расходов, не только не совсем точен (суммарный расход воды всех рек суши оценен в 924 тыс. м3/сек, что преуменьшено на 7з)> но и не позволяет оценить другие важные для теории науки и практики компоненты водного баланса, как подземный сток в реки или ресурсы почвенной влаги, а также не дает возможности охаракте-
ризозать и распределение полного речного стока по территории.. В этом отношении прием, примененный Р. Фрицше (Fritzsche,, 1906), а затем И. Марчинеком (Marcinek, 1964, 1966), заключающийся в обобщении имеющихся данных по речному стоку по 10и 5-градусным широтным поясам, обладает известными преимуществами в сравнении с указанным приемом. Хотя, повторяю, нельзя не отдать должного его новизне и оригинальности. Теперь несколько слов о будущем развитии исследований и обобщений водного баланса суши и его отдельных частей: от ее наиболее крупных единиц — материков и частей света до отдельных речных бассейнов и стран. Именно не только речных бассейнов, что наиболее правильно исходя из основ теории гидрологической науки, но и для стран, границы которых чаще всего не совпадают с границами речных бассейнов, но такие расчеты вполне оправданны по соображениям ресурсным и экономическим. И для условий будущего основой для оценки водных ресурсов, несомненно, будет служить балансовый метод, а средством обобщения гидрологических данных — картографирование.. Но для этого потребуется не только больший объем исходных гидрологических данных, восполняющих современные «белые пятна», но также и более совершенные приемы интерполяции. Необходимость в последних, как можно полагать, сохранится, в связи с тем что при самой подробной гидрологической изученности нельзя преодолеть излишнюю репрезентативность гидрологических наблюдений, отражающих интегральные условия какойлибо площади — речного бассейна. В связи с укрупнением масштабов карт гидрологические данные потребуется картографировать с большей детализацией и с учетом большего количества факторов, влияющих на водный баланс. Другими словами, при большем объеме исходных данных повысятся требования к их точности и потребуется большая дифференциация их в зависимости от комплекса влияющих факторов. Это говорит о том, что интерполяционные методы не отомрут, необходимость в них сохранится. Но метод, несомненно, будет более совершенным. Попытаемся представить основные направления его усовершенствования. Нельзя не учитывать, что современные даже наиболее совершенные приемы интерполяции основаны на более или менее случайно подобранных данных и еще недостаточно дифференцированы на основании признаков влияющих факторов. Д л я исследований такого характера, исходящих из массовых данных, учитывающих большой диапазон факторов, уже нельзя будет обойтись без применения электронно-вычислительной техники. Но для этого требуется дальнейшее повышение теоретического уровня гидрологической науки. В данном случае речь идет о теории генетических взаимосвязей между элементами водного баланса, с одной стороны, и обусловливающими их факторами — с другой. Необходимость постановки такой задачи вполне очевидна, так
как результаты применения электронно-вычислительной техники зависят от уровня теории. В качестве реальной основы для решения этой задачи может послужить система уравнений водного баланса, предложенная мною (см. стр. 76—77), которая по мере развития знаний о процессах водообмена в речных бассейнах может быть развита путем введения дополнительных факторов, например учета зависимости устойчивого речного стока не только от подземного стока в реки, как это решается и в настоящее время, но также и от руслового регулирования. Дальнейшее уточнение может быть также достигнуто в результате учета межбассейновой циркуляции подземных вод и их субмаринной разгрузки. К этому нужно добавить широкий диапазон влияющих факторов. Если сейчас ряд факторов поддается учету лишь в скрытом вид е — в ряду комплекса зональных условий, то в дальнейшем необходимо стремиться к выявлению их в явном виде — в зависимости от инфильтрационных свойств почвы, растительности, геологических особенностей, антропогенных факторов и тому подобных условий. Наконец, возможно расширение системы уравнений за счет взаимосвязи речного и атмосферного звеньев круговорота воды, что вполне реально в связи с упомянутыми выше исследованиями О. А. Дроздова и Г. П. Калинина. Решение системы уравнений при таком значительном числе переменных с учетом местных условий, несомненно, явится задачей, достойной применения электронно-вычислительной техники. Отдельные попытки в этом направлении уже сделаны. Методический интерес, несомненно, представляет исследование С. Манабе и Л. Холловея (Manabe and Holloway, 1971), поставивших задачу построить с помощью ЭВМ карты осадков мира, почвенной влажности, при которой начинается сток, а также стока. Картографирование двух последних элементов, интересующих нас в этой работе, производилось не непосредственно на основании стокообразующих факторов или факторов испарения, а начиная с более отдаленных факторов, по существу с климатообразующей мировой системы циркуляции атмосферы. Прежде чем подойти к совместному решению водного и теплового баланса поверхности суши, авторы этого интересного исследования проследили весь ход циркуляции атмосферы, а также переноса пара и радиации, которые позволили им получить вычисленные по модели несколько вариантов карт осадков мира. Их сходство с действительным распределением осадков на земном шаре весьма обнадеживающе, но далеко еще от той точности, которая требуется для расчетов элементов водного баланса суши. Что касается расчета водного баланса суши, то он производился приблизительно по схеме М. И. Будыко (1956), но расчет был усложнен тем, что он учитывал почвенную влажность, примерно соответствующую началу стока. Это, конечно, очень существенное дополнение; без него нельзя подойти к оценке инфильтрации— основного процесса, от которого зависит не только сток
Климат Приход Атмостепла ферные осадки
Растительность Почва
\
Продуктивность биосфеоы ^
\ W
Рельеф Микро- Макроформы формы
1 7
Антропогенные воздействия
Испарение ТранС спира- почвы ция
/\ъОДУ\ Субмаринная разгрузка
Подземный сток в реки
Рис. 21. Блок-схема взаимодействия основных процессов формирования водного баланса
и питание подземных вод, но частично и испарение. Тем не менее и при этом условии полученная карта стока вряд ли может быть признана удачной. Ее положительная сторона заключается в том, что она в какой-то мере, но более качественно показывает очаги высокого стока в тропическом поясе, отчасти в Северной Америке, однако для Европы и Юго-Западной Азии не получено даже приближенного сходства с действительным распределением стока по территории: он сильно преувеличен. Но главное отклонение от фактического стока состоит в том, что приблизительно для 2/з суши по этой карте стока нет, в том числе и для тех районов, где он в действительности значителен и где формируется немногим менее половины мирового речного стока. Все же результат нельзя считать разочаровывающим. Заслуживает внимания тот факт, что на основании системы уравнений гидродинамики и термодинамики получены данные, показывающие в общем удовлетворительное распределение осадков. Такой
результат, несомненно, служит признаком надежности теории циркуляций атмосферы. Вместе с тем неудовлетворительный результат второй части задачи говорит о недостаточности тех предпосылок, которые приняты в основу расчетов карты стока по осадкам. Схематизация в данном случае, по-видимому, чрезмерна. Это особенно относится к почвенным факторам водного балацса, которым после климата принадлежит ведущая роль в формировании элементов водного баланса. Кроме инфильтрационной способности почвы чрезвычайно важно учитывать ее водбудерживающую способность (см. рис. 2 на стр. 44). Очень важно учитывать геоботанические условия, а также совокупность антропогенных воздействий на почву (земледелия, агролесомелиорации, гидромелиорации) и искусственное управление влажностью почвы. Немалая роль принадлежит и геологическому фактору, особенно морфологии подземных вод. Подземный сток в реки, как было сказано, в основном представляет собой зональный фактор, однако экстремальные геологические условия и морфология подземных вод могут внести существенные изменения в ход процессов питания рек подземными водами, хотя, как я предполагаю (см. стр. 40), небольшая, но определенная роль в балансе вод суши принадлежит разгрузке подземных вод непосредственно в океан, минуя реки. Эти соображения, так же как и все сказанное выше о моей системе уравнений водного баланса и о процессах, связанных с круговоротом воды, обобщены на схеме основных компонентов модели водного баланса суши (рис. 21). Эта схема, помещенная с дополнениями К. Е. Иванова, наглядно показывает, что при моделировании водного баланса суши большое место принадлежит процессам и явлениям, не зависимым или слабо зависимым от климата, таким, например, как инфильтрационная способность почвы. Здесь уместно вспомнить о том, что почве принадлежит роль посредника между климатом и рекой (речным стоком), климатом и водным балансом суши (Львович, 1963). Почти ни одно гидрологическое явление не происходит, минуя почву. Почва по существу трансформирует явления метеорологические в процессы и явления гидрологические. Блок-схема на рис. 21 развивает и детализирует схему взаимодействия речного стока с четырьмя компонентами природы (климатом, почвой, растительностью и рельефом), опубликованную мною ранее (Львович, 1963). Прежняя схема исходила из полного речного стока и не учитывала процессов трансформации осадков в поверхностный и подземный сток. Если их учесть, то схема существенно усложняется, но вместе с тем приближает нас к истине, к процессам формирования водного баланса, происходящим в природе. Схема показывает, что почва влияет на поверхностный сток и на питание подземных вод через процесс инфильтрации и валовое увлажнение территории. Но аналогичные влияния на ин-
фильтрационную способность почвы, а также на почву непосредственно оказывают климат (атмосферные осадки) и растительность. Под влиянием теплоприходных элементов климата и увлажненности почвы происходит испарение—транспирация и испарение непосредственно с почвы. По схеме мы прослеживаем не всегда принимаемое во внимание влияние почвы и растительности на испарение. Очевидно также происхождение подземного стока в реки, которое связано не только с иногда переоцениваемой морфологией подземных вод, но также и с зональными климатическими и почвенными условиями. Чрезвычайно важно учитывать, что большая часть главных компонентов природы влияет на водный баланс и сток, преломляясь через антропогенные воздействия, играющие весьма существенную роль в формировании гидрологических процессов и явлений. Эта теоретическая схема составлена в зональном плане, но, учитывая значение макроформ рельефа, она может быть применена и для закономерностей высотной поясности. Чтобы применить схему для расчетов и картографирования элементов водного баланса, в том числе и речного стока и его составляющих — подземного и поверхностного стока, необходимо математическое моделирование процессов формирования водного баланса. А для этого требуется усиление внимания теоретическим и экспериментальным исследованиям этих процессов: инфильтрации, увлажненности почвы, подземного стока в реки, поверхностного стока и т. д. Решение этой задачи, несомненно, осуществимо, но требуется целеустремленная работа в этом направлении. Одним звеном в такой работе могут служить предложенные автором теоретические кривые изменений элементов водного баланса в зависимости от гидрологических свойств почвы. Но прежде чем будут созданы математические модели указанных процессов, а для этого потребуется некоторое время, мне представляется, что этим целям могут служить зональные структурные кривые водного баланса. Применение этих эмпирических кривых, основанных на теории формирования водного баланса в различных природных (зональных) условиях, весьма упрощает схему основных компонентов его модели, так как позволяет заменить зональными зависимостями, представляющими собой интегральные характеристики, сложный комплекс явлений и процессов. Это, несомненно, поможет дальнейшему развитию метода исследований водного баланса суши и вообще водного баланса территории (в том числе и речных бассейнов).
ГЛАВА V
ВОДНЫЙ БАЛАНС СУШИ И ЕГО ЗАКОНОМЕРНОСТИ Задача этой главы — охарактеризовать закономерности распределения элементов водного баланса суши земного шара. Следует сказать, что со времени завершения и публикации моей первой работы по элементам режима рек земного шара, т. е. за истекшие 30—35 лет, не появилось ни одной другой работы, посвященной закономерностям распределения по территории речного стока для всей суши. Но и у меня возможность картографирования комплекса элементов водного баланса появилась в результате разработки методических приемов анализа и обобщения, освещенных в IV главе. При чтении карт на рис. 22—27 следует иметь в виду, что они характеризуют распределение по территории не только элементов водного баланса, но и ресурсов пресных вод. В этом автор видит основу балансовой оценки водных ресурсов. Баланс характеризует процесс, взаимодействие его элементов и их распределение по территории, но вместе с тем карты позволяют с той или иной степенью приближенности оценить для любой точки, для любого района, страны, наконец, материка все виды ресурсов пресных вод: полный речной сток, подземный сток в реки, поверхностный (паводочный) сток и в общем виде — ресурсы почвенной влаги или годовой расход воды на инфильтрацию. Исключение представляют карты испарения (рис. 26) и коэффициентов питания рек подземными водами (рис. 27), которые, разумеется, не являются ресурсными картами, а характеризуют: первая — элемент баланса, без которого не могут быть оценены и проанализированы другие элементы и баланс в целом, а вторая — важную обобщенную характеристику структуры водного баланса. Вместе с тем следует подчеркнуть, что испарение, так же как и инфильтрация, не является потерей, к которой его часто относят, когда речной сток признается единственно важным источником водных ресурсов. В этом случае к «потерям» относят также процесс инфильтрации и образуемые в его результате ресурсы почвенной
влаги, представляющие основу жизни, поскольку они являются важным компонентом плодородия почвы и обеспечивают производство фитомассы. Испарение нельзя относить к потерям также и потому, что этот процесс является энергетическим фактором круговорота воды. Но кроме того, значительную часть испарения составляет транспирация — один из основных факторов жизнедеятельности растений. Этот вопрос касается не только терминологии, но относится и к числу принципиальных воп)осов, с которым связан подход к изучению и оценке водных ресурсов, методология научного исследования и решения практических задач использования, охраны водных ресурсов — одного из компонентов среды, окружающей людей. Характеристика речного стока и его составляющих дана по гидрологическим поясам. Но нужно, однако, подчеркнуть, что принятые нами гидрологические поясы, карта которых была опубликована ранее (Львович, 1956), отличаются от общегеографических поясов. Это объясняется тем, что понятие гидрологических поясов уже, чем географических, поскольку первые основываются на одном компоненте природы, правда во взаимодействии с другими, а вторые носят еще более комплексный характер. Кроме того, границы гидрологических поясов, выделенных по признакам питания рек и распределения речного стока по сезонам, устанавливаются с меньшей точностью, чем, например, по геоботаническим или почвенным признакам. РЕЧНОЙ СТОК И ЕГО ПОДЗЕМНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ
ПОЯС
В экваториальном поясе высокий речной сток, связанный с весьма активным водообменом, наблюдается на значительных пространствах бассейна Амазонки, особенно в бассейнах ее левых притоков — Риу-Негру и Жапура. Замечательно, что большая часть бассейна этой величайшей реки мира находится в пределах одного пояса. По этой причине сток Амазонки и ее водный режим характеризуют почти в чистом виде экваториальные гидрологические условия с учетом, конечно, того, что на такой большой реке сказываются существенные влияния добегания речного стока, сдвигающего не менее чем на 50—60 суток фазы режима, наблюдаемые в периферийных частях бассейна. К этому еще нужно добавить достигающее на Амазонке значительных масштабов русловое и пойменное регулирование, заметно сглаживающее речной сток. По данным справочника ЮНЕСКО («Расходы воды...», 1969), средний годовой расход воды Амазонки до г. Обидус за 19 лет (с 1928 по 1946 г.) составляет 150 000 м3/сек, что при площади бассейна в 4 688 000 км2 дает средний слой стока немногим более 1000 мм (табл. 12). Хотя эти данные основыва-
Таблица 12 Сток р. Амазонки в Обидусе (средние данные за 1928—1946 гг.)
Месяц'
I II III IV V VI Год
Расход воды, мъ)сек
114 290 142 900 169 000 192 200 207 400 205 850
Слой стока, мм
65 74 96 106 118 114
Месяц
VII VIII IX X XI XII
Расход воды, м?\сек
Слой стока, мм
193 700 168 000 128 100 95 000 89 300 95 000
111 96 71 54 49 54
149 950
1008
ются на недостаточном количестве непосредственных измерений, приведенные в таблице данные в общем, вероятно, близко характеризуют действительную картину. Осадки на большей части бассейна этой реки превышают 2000 мм, а на северо-западе и в предгорьях Анд — даже 3000 мм. Высокая влажность воздуха и высокая облачность создают условия для относительно, малого расхода воды на испарение, которое здесь близко к испаряемости, лишь в пределах ограниченной территории оно превышает 1500 мм, а в наиболее влажном районе составляет менее 1000 мм. В экваториальной зоне Южной Америки высокий речной сток (более 1000 мм) характерен для бассейна р. Ориноко и для узкой полосы Тихоокеанского побережья в Колумбии, где он превышает 1500 мм, а на отдельных небольших площадях, вероятно, достигает 6000 мм и даже 8000 мм при годовых атмосферных осадках до 7000—10 000 мм. Интересно, что с высотой осадки здесь уменьшаются, и сток на вершине Анд, на севере Эквадора, снижается до 800 мм. И эта величина стока значительна, но она меньше, чем на западных и восточных склонах северной части этой горной системы. Здесь, на западных и восточных склонах Анд, несмотря на весьма интенсивные дожди, формирующие высокий поверхностный сток, подземный сток достигает 30—40%. Этому благоприятствует высокая инфильтрационная способность красных аллитных лесных почв, обладающих в естественных условиях зернисто-комковатой структурой. Густая сеть небольших рек в пределах гвианской низменности также отличается высокой водностью, которая, вероятно, характеризуется величинами примерно 1500—2000 мм. Наконец, высокий сток, связанный с условиями экваториального пояса, наблюдается в южной части Центральной Америки в
пределах Коста-Рики и Панамы. Здесь местами атмосферные осадки превышают 5000 мм, а сток, вероятно, достигает 3000 мм. Другой крупный район распространения высокого стока в экваториальном поясе относится к Африке. Это прежде всего крайняя юго-западная часть Африки. Здесь в горном массиве Фута-Джаллон и в неширокой прибрежной полосе к юго-востоку от него ярко выражены черты экваториального пояса. С этого горного массива стекает и впадает в Атлантику р. Конкуре со стоком 1090 мм, но при относительно малом подземном стоке—-159 мм (15% полного) и 931 мм поверхностного (табл. 13). Но на восточном склоне Фута-Джаллон, с южного склона которого берет начало р. Нигер (р. Джолиба) и некоторые его притоки, сток резко уменьшается. Здесь сказывается экранирующее действие горных хребтов на осадки, муссонный характер которых наиболее ярко выражен на побережье Атлантики. Аналогичное явление ограничения высокого речного стока узкой прибрежной полосой наблюдается и в Камеруне. Гидрологические условия этого района характеризуют р. Вури и Лоба, сток первой из которых около 1100 мм (подземный — 460 мм), а второй — около 1740 мм (подземный — 362 мм). Но водность рек, немного удаленных от Гвинейского залива, например Лом, Ньонг, гораздо меньше. Камерун и северо-западная Гвинея — районы наибольшего стока в Африке. В остальной части Экваториальной Африки сток ограничен пределами 200—500 мм, причем он нередко формируется при ясно выраженных сезонных ритмах листопадных лесов и влажной саванны по обе стороны экватора — в южной и северной частях бассейна р. Конго. А в приэкваториальных районах, в Того и Дагомее, сток уменьшается до 100 мм. В данном случае это, повидимому, результат экранирующего влияния гор на осадки (р. Пенджари — табл. 13), но для всей экваториальной части Африки характерна общая увлажненность, меньшая, чем в этом поясе Южной Америки. В центральной части бассейна Конго, в зоне вечно влажных лесов, подземный сток составляет не менее 30—40% полного, а даже во влажной саванне он редко превышает 20—25%. От района повышенного стока в центре бассейна Конго в восточном направлении — к Атлантике, в северном — к Сахаре и в южном — к Калахари речной сток уменьшается до минимальных значений — менее 20 мм, что характерно для сухой саванны. Исключения составляют горные районы, где количество осадков увеличивается до 2000 мм и более. Полный сток в Абиссинском нагорье достигает 500 мм, а в горах Мтимба— 1000 мм и более. Гораздо многоводнее реки приэкваториальной Юго-Восточной Азии. Здесь действуют муссоны Индийского и Тихого океанов, создающие сезонные колебания осадков, более обильных летом и менее значительных зимой, при наиболее снивелирован-
ных сезонных ритмах на Филиппинах. На островах Малайзии выпадает 2000—3000 мм осадков, но на наветренных склонах островов Ява, Борнео и Целебес они увеличиваются до 4000 мм, а в отдельных местах превышают 5000 мм. В связи с океаническим положением и почти круглогодичным увлажнением испаряемость здесь еще меньше, чем в других экваториальных районах мира. Все это говорит о высоких коэффициентах стока, достигающих 0,6 и более. Большому стоку способствует геологическое строение — горы некоторых островов сложены слабопроницаемыми гранитами и базальтами. Ферраллитные почвы под лесами обладают хорошей инфильтрационной способностью, но они почти круглый год насыщены влагой, поэтому поверхностный сток велик и в общем достигает 80% полного речного стока. Во многих случаях этому способствует оглеение почв под влиянием рисосеяния, распространенного в прибрежных районах и довольно часто на террасированных горных склонах. Все эти условия формирования речного стока усиливаются влиянием гор. Их абсолютные высоты невелики, но они экранируют осадки, изменяют сток с высотой и таким путем влияют на его формирование. На большей части территории Юго-Восточной экваториальной Азии, исключая восточные острова Индонезии, сток почти не бывает меньше 1000 мм, а в северо-восточной части о-ва Борнео, на востоке о-ва Целебес превышает 2000 мм и даже, вероятно, достигает 2500 мм. Чрезвычайно многоводны реки Филиппинского архипелага. На самом южном из больших островов этого архипелага — Минданао сток наиболее значителен в юго-восточной и восточной частях острова. Так, полный сток р. Агусан (до Талакагона — площадь бассейна 4100 км2) достигает 2580 мм при осадках 4100 мм, а подземный сток, составляющий не менее половины полного,— 1400—1500 мм. Столь высокий подземный сток вызван здесь не только высокой увлажненностью территории, но также и распространением вулканических легкопроницаемых горных пород. Этому же способствуют ферраллитные почвы лесов, покрывающих горные склоны. Но на северо-западе о-ва Минданао полный сток уменьшается почти в 3 раза (р. Полангви — 850 мм), а подземный — в 2,5—3 раза, что связано с неравномерным распределением осадков, вызванным экранированием их горами. На северном острове архипелага — Лусон полный сток колеблется в пределах 1000—2000 мм (р. Пампанга в южной половине острова—1110 мм, р. Чико в северной половине— 1960 мм), а подземный составляет 25—50% полного стока. Поверхностный сток в экваториальном поясе за пределами распространения вулканических пород достигает 80—90% полного. Процент подземного стока в общем невелик, но по абсолютным значениям он все же весьма значителен: в Африке, как правило, более 200 мм, и лишь в юго-западной Гвинее, так
же как и в бассейне Амазонки, выше 400 мм. В Юго-Восточной Азии он менее устойчив, но на большей части территории все же составляет более 200—400 мм (рис. 23). Таких величин подземный сток почти не достигает в других гидрологических поясах, исключая некоторые высокогорные районы или, например, Исландию, Камчатку и Японские острова, где высокий подземный сток связан с весьма благоприятными условиями питания подземных вод в районах распространения вулканических лав и туфов, обладающих высокой водопроницаемостью. ТРОПИЧЕСКИЙ
ПОЯС
Полный речной сток в тропическом поясе отличается от экваториального более резкими сезонными колебаниями, значительно более высокой испаряемостью и, следовательно, большим расходованием воды на испарение, чему способствует смена влажного периода года более или менее продолжительным сухим. В Юго-Восточной Азии к этому гидрологическому поясу относятся Индостан, Индокитай и южная часть КНР, в Австралии — большая северо-восточная часть континента, в Африке — ее северная и южная части (севернее и южнее 11—12° ю. ш.), в Южной Америке—большая часть этого континента (южнее 10— 15° ю. ш.), в Северной Америке — южная часть континента в пределах Мексики и побережье Мексиканского залива в США. По степени увлажненности и по водности рек этот пояс весьма разнообразен: от гигантских тропических и субтропических пустынь, где сток практически отсутствует, до столь увлажненных районов, каким является Индокитай, где сток во многих местах превышает 1000—1500 мм, а в отдельных случаях достигает нескольких тысяч миллиметров. Но в целом засушливые области в этом поясе превалируют над увлажненными. Типичным примером может служить Индостан, где полный речной сток в пределах полуострова сравнительно невысок: и в центре южной половины, и в его северо-западной части полный сток меньше 100 мм. На западных склонах Гат полный сток составляет более 400—600 мм, а в пределах узкой полосы Малабарского побережья, вероятно, достигает 2000 мм, а возможно, и больших величин. Тем не менее реки Инд, Ганг, большая часть течения которых относится к засушливым или слабоувлажненным районам, представляют собой довольно многоводные реки за счет их притоков, берущих начало в Гималаях, где полный сток достигает 2000 мм. Паводки гималайских рек в Индии, Пакистане и Бангладеш (р. Брахмапутра) приводят к катастрофическим разливам, но в то же время без этих рек невозможно было бы орошаемое земледелие, требующее большого количества воды, особенно в сухой зимний сезон. В центре Индостана и в низовьях Инда, где и во время летнего муссона осадков выпадает мало, орошение требуется в течение круглого года.
Таблица
13
Водный баланс речных бассейнов Речной сток
Река
Пункт
2
1
Площадь бассейна, км2
Осад- полки ( Р ) , ный мм (Я), мм
3
5
4
Экваториальны й пояс Нигер Нияндан Конкуре Пенджари Биа Вури Ньонг Л оба Луалаба (Верхнее Конго) Луфира Фулакари Лулва Уам
подземный (V)
%
Валовое увлажповерх- нение терностритоный рии (S). мм т . мм
мм
полного
6
7
8
9
Коэффициенты Испарение (£), мм K
IJ
10
**
11
12
Африки
Куликоро Баро Автодорожный мост Порга Айями Ябаси Мбалмайо Криби Букама
120 000 12 600 10 250 20 300 9 320 8 250 14 300 1 940 63 090
1 550 405 1 940 642 2 100 1090 1 026 114 1 560 270 2 300 1 097 1 480 240 2 450 1 737 1 250 140
87 170 159 12 19 460 77 362 72
21 26 15 10 51 42 32 21 52
318 472 931 102 219 637 163 1 375 68
1 232 1 145 1 468 1 298 1 169 1 010 924 912 1341 1 290 1 663 1 203 1 317 1 240 1075 713 1 182 1 110
0,07 0,11 0,13 0,01 0,04 0,27 0,06 0,33 0,06
0,26 0,33 0,52 0,11 0,17 0,48 0,16 0,71 0,11
Капалове Бак-де-Кимпансу Автодорожный мост Лулвабур-Чикапа Бозум
8 100 2 813 41310
1 100 1 460 1 350
199 597 311
113 195 171
57 33 54
86 402 140
1 014 91 1 058 863 1 210 1 039
0,11 0,18 0,14
0,18 0,41 0,23
8 200
1 590
547
194
35
353
1 237
1 043
0,17
0,34
408 197
728 635
692 615
0,05 0,03
0,38 0,26
Тропический
пояс
Бассейны рек Индостана и Юго-Восточной Азии Нарбада Кришна
Гарудешвар Виджаявада
89 345 251 355
1 136 832
444 217
36 20
1 Маханади Махавели
^
2
My Моун Меконг Меконг Меконг Меконг Меконг Меконг Меконг Меконг Меконг Меконг У Бангфай
Хиракуд Манапапит (Цейлон) Кабо-Виер Мезали-Виер Чиангсэн Луанг-Прабанг Вьентьян Текек Мукдахан Пиксе Бан-Чан-Ной Стунг-Тренг Кратие Пном-Пень Бан-Пха-Тенг Се-Банг-Фаи
Агусан Кагаян
1 Талакогон [ Пандал
Катой Хантер Муррей
Ганнеда Синглтон Тинталдра
Оранжевая Сакрифир Самбирану
Приска Вастрап Амбанда
3
84 790 7 345 12 500 5310 189 ООО 268 ООО 299 000 373 ООО 391 ООО 545 ООО 549 ООО 635 ООО 646 ООО 663 ООО 25 800 8 560
4
5
6
7
1 424 1 785
700 970
35 630
5 65
31 265 195 203 185 196 225 160 165 160 182 160 192 255
9 16 42 42 40 30 33 26 25 25 24 25 25 14
1 700 880
65 45
6 3 139
12 12 42
63 31 191
7 2 I 548
23 14 38
25 11 887
1
I 295 350 3 200 1 665 1 110 468 1 110 484 1 170 462 1 295 655 1 320 680 1 345 600 1 350 670 1 415 645 1 430 752 1 460 630 765 2 000 2 900 1 820
8
9
10
11
12
724 815
0,05 0,44
0,49 0,54
319 976 945 1 400 1 800 1 535 272 838 642 281 829 626 282 888 708 459 836 640 455 865 640 440 905 745 505 845 680 485 930 770 570 860 678 470 990 830 573 1 427 1 235 1 565 1 335 1 080
0,032 0,15 0,23 0,24 0,21 0,24 0,26 0,18 0,20 0,17 0,21 0,16 0,14 0,19
0,27 0,52 0,42 0,43 0,40 0,51 0,51 0,44 0,49 0,46 0,52 0,43 0,38 0,63
880 3 220 1 070 j I 030
1 520 150
0,53 0,86
0,63 0,93
541 697 1 095
535 694 956
0,011 0,004 0,13
0,11 0,05 0,26
478 215 1 26}
471 213 713
0,02 0,01 0,43
0,06 0,06 0,67
665 340
757 1 445
Филиппины 7 390 4 100 2 580 4 245 | 2 100 1 950 Австралия 17 100 16 450 5 430
604 728 1 290
69 34 330
Африка и Мадагаскар 33 800 6 060 2 750
503 32 2261 13 2 148 | 1 435
12
Ю ж н а я Америка Тиргуа Капаро Мотатан Мира Кеведо Постаса Чира Лоа Чоапа Аконкагуа Буэно Сан-Педро-де-Атакама Пуэло Чубут Тунуян Дульсе Саладо Сапукаи Можи-Гуасу Жекитиньонья Итапикуру
Пасо-Виборал Пунта-Пьедра Агуа-Вива Ниже устья р. Литы Кеведо Баньюс мост Сульяна Кончи Лимауида Рио Бланко Рио Буэно Кучабараче Карреро-де-Басальо Лос-Алтарес Валье-де-Уко Саусе Мирафлорес Порту-Каррито Пасажем Итинга Кажуэйро Субтропический
1 490 3 275 4 200 5 630 4 260 7 820 14 340 3 995 3 250 875 3 715 1 100 8 620 20 000 2 380 19 720 34 500 24 062 16 950 36 780 35 125 пояс
1 400 2 350 1 100 1 236 2 340 768 1 000 162 586 800 3 250 175 4 720 1 175 750 750 302 1 648 1 452 843 748
317 1 689 254 797 1 454 401 337 20 96 721 2 846 30 2 467 85 359 128 30 529 482 230 16
152 456 107 381 420 169 81 17 17 336 1 682 28 1 024 25 178 32 14 294 226 83 4
48 27 42 48 29 42 24 85 17 45 59 93 42 30 50 25 46 56 47 36 26
165 1 235 1 233 1 117 147 953 416 820 1 034 1 306 232 536 256 744 3 159 79 507 385 415 1 164 2 086 2 173 1 443 3 277 60 1 115 181 569 96 654 16 286 235 1 413 256 1 196 147 696 12 736
1 083 661 846 439 886 367 663 142 490 79 404 145 2 253 1 090 391 622 272 1 119 970 613 732
0,12 0,41 0,И 0,46 0,32 0,32 0,11 0,10 0,03 0,81 0,81 0,16 0,31 0,02 0,31 0,05 0,05 0,21 0,19 0,12 0,005
0,23 0,72 0,28 0,64 0,62 0,52 0,34 0,12 0,16 0,90 0,88 0,84 0,52 0,07 0,48 0,17 0,10 0,32 0,33 0,27 0,02
0,05 0,04 0,22 0,42 0,18 0,03 0,02
0,17 0,16 0,54 0,57 0,33 0,12 0,10
(средиземноморского типа)
Ю ж н а я Европа и Азия (с запада на восток) Гвадалквивир Рлатани Семани Иордан Евфрат Порали Пеннер
Эль-Карнио Пассофондато (Сицилия) Мбростар Южная станция Хит Синчи-Бент Неллур
23 535 1 237 5 385 1 495 261 100 4 040 53 290
835 671 1 005 510 300 232 680
140 110 546 290 110 28 65
38 22 186 160 40 6 16
27 20 34 54 35 20 24
102 88 360 130 70 22 49
733 583 645 380 230 210 631
695 561 459 220 190 204 615
3
5
4
6
и
12
7
8
14 38 ,
0,04 I 0,24 187 179 47 14 j 380 j 372 | 0,02 1 0,06
9
1
10
Африки (реки Атласских гор] Дра Эль-Абд
Заония-Нурбаз Юзес-ле-Ду
234 394
15 080 2 400
55 22
8 8
Америка ( К а л и ф о р н и я ) Лос -А н джел ес Санта-Инес
I Лонг-Бич | Ломпок Субтропический
2 745 2 045 пояс
1 350 I 350 1
45 I 19 1
3 2
6 12
42 17
308 333
305 331
0,009 0,006
0,13 0,05
восточно-приокеанический тип в л а ж н ы х лесов) юсточная часть К Н Р
Синьаньцзян Наньлю] р я н
Гише Цаньло
5 270 6 730
1 750 1 750
1 320 900
360 280
27 31
960 620
790 1 130
530 850
0,45 0,25
0,79 0,51
1 450 1 270
450 360
144 162
32 45
306 198
1 144 1 072
1 000 910
0,13 0,15
0,31 0,28
260 773 196 513 380 380 98 70 1 200 259 157
80 370 65 215 95 190 44 21 565 129 78
30 46 33 42 25 50 45 30 47 50 50
180 403 31 298 285 190 54 49 635 130 79
515 767 501 837 730 786 721 1 076 870 592 558
435 397 436 622 635 596 677 1 055 305 463 480
0,16 0,48 0,13 0,26 0,18 0,24 0,06 0,02 0,65 0,22 0,14
0,37 0,66 0,31 0,45 0,37 0,39 0,13 0,06 0,80 0,36 0,25
США Перл Сент-Джонс
Богалуса Де-Лент
17 170 7 660
еренный Темза Гаронна Сена Дюранс Арно Дунай Морава Черный Искыр Рейн Везер Одра
Дейз-Иллор Валентин Париж Мурабо Сан-Иоанн Шофшталь Новавес Говедарци Люстенау Порта Слюбик
пояс
Европа 695 3 460 1 170 2 290 632 44 300 1 135 11 920 1015 8 186 976 5 063 775 24 120 1 125 1 099 1 505 6 122 722 19 185 637 53 590
1 Висла Лапуан-Йоки Западная Двина Десна Сосна Клязьма Вятка
2
Сандомир Лапуа Велиж Брянск Елец Владимир Уютьевская
31 780 3 690 17 600 12 400 16 300 15 200 16 500 Азия
^ g
Чумыш Омь Шушь Иркут Кута Зея Даубихе Риони Сулак Кафирниган Бухтарма Герируд Ченаб Сетледж Ганг Орхон Нонни Фыньхэ
Уцзян
Тоне (о-в Хонсю) Тикуго (о-в Кюсю)
Тальменка Калачинск Щалаболино Смоленщина Ново-Ильинка Бомнак Ново-Гордеевка Хиди Миатлы Чинар Печи Тогаоказа Александрия Бхакра выше Рамганги Булган Кумодом Хэцзинь Уцзянду Курихаси Йосии
20 700 52 800 2 090 14 800 12 300 29 200 2 750 2 010 13 100 3 040 6 860 11 710 32 620 59 050 83 650 28 600 31 690 38 650 26 900 8 590 1 560
«
8
•
10
31 28 26 40 38 39 25
230 57 207 117 92 100 208
573 403 573 613 583 590 542
28 23 16 32 37 16 17 39 40 47 46 29 31 37 23 32 17 30 39 55 45
147 27 88 218 103 262 209 730 254 555 244 73 405 197 392 63 136 27 390 445 590
553 473 446 382 297 443 791 970 496 720 356 227 485 325 686 222 176 333 670 1 155 1 410
6
7
333 79 280 195 148 164 277
103 22 73 78 56 64 69
147 700 500 35 88 520 302 600 164 400 312 705 1 ООО 252 1 700 1 196 423 750 1 275 1 050 600 470 300 103 890 595 522 313 496 1 182 93 285 164 312 39 360 610 1 060 990 1 600 2 000 1 070
57 8 14 84 61 50 43 466 169 495 226 30 190 116 104 30 28 12 220 545 480
803 460 780 730 675 690 750
1
5
1
1
11
12
470 381 500 535 527 526 473
0,18 0,05 0,13 0,13 0,10 0,11 0,13
0,41 0,17 0,36 0,27 0,22 0,24 0,37
496 465 432 298 236 393 748 504 327 225 130 197 295 197 790 192 148 321 450 610 930
0,10 0,02 0,03 0,22 0,20 0,11 0,05 0,48 0,34 0,68 0,63 0,13 0,39 0,36 0,15 0,13 0,16 0,04 0,33 0,47 0,34
0.21 0,07 0,17 0,50 0,41 0,44 0,25 0,70 0,56 0,82 0,78 0,34 0,67 0,60 0,42 0,33 0,52 0,11 0,57 0,62 0,54
1
1
3
1
|
4
5
6
7
8
|
680 470 140 265 580 27 232 400 30 170 24 232 19 174 330
224 210 70 75 230 6 74 184 10 70 7 96 3 12 99
33 45 50 28 40 23 32 46 35 40 30 42 15 7 30
456 260 70 190 350 21 158 216 20 100 17 136 16 162 231
514 370 680 695 640 369 352 354 280 350 283 664 284 758 779
290 160 610 620 410 363 278 170 270 280 276 568 281 746 680
0,43 0,57 0,10 0,11 0,36 0,02 0,21 0,52 0,04 0,2 0,02 0,14 0,01 0,01 0,13
0,70 0,75 0,18 0,30 0,59 0,07 0,45 0,70 0,10 0,38 0,08 0,29 0,06 0,19 0,33
742
206
28
536
839
633
0,24
0,54
3
|
10
11
|
12
Северная Америка Норт-Томсон Кутеней Оканаган Трент Нагпай Ассинибойн Смоки-Ривер Юкон Салмон-Фолс-Крик Колорадо Гумбольдт Сент-Крой Паудер Гранд-Ривер Потомак
Барриер Уоднер Оканаган Хили-Фолс Магпай Камсак Уотино Уайтхорс Сан-Джасинто Камсо Пэлисейд Сент-Крой-Фолс Морхед Самнер Пойнт-оф-Рокс
Сан-Хуан
Устье (впадает в Магелланов пр.)
18 230 13 460 18 830 9 100 9 840 12 590 47 910 19 420 3 760 20 850 13 230 15 360 20 800 17 820 25 000 Южная
970 630 750 885 990 390 510 570 300 450 300 800 300 920 1 010
Америка
935
1375
Н о в а я Зеландия Таупо-Оутлейт Уайкато (Северный остров) Буллер (Южный остров) Те-Канд
Турухан Оленек Кеми-Иоки Юкон
Янов Стан Сучана Кеми Уайтхорс
3 290
1 750
1 235
865
70
370
1 380
515
0,63
0,71
6 350
2 800
2 480
980
39
1 500
1 300
320
0,75
0,89
Субарктический
пояс 40 11 42 184
20 6 38 46
159 156 84 216
441 294 371 354
401 283 329 170
0,09 0,04 0,11 0,52
0,33 0,37 0,28 0,70
16 000 128 000 47 390 19 420
600 450 455 570
199 167 126 400
На южном склоне Гималаев подземный сток достигает 300— 400 мм, что составляет 30—40% полного. Такой высокий подземный сток — далеко не частое явление на земном шаре, тем более в тропическом поясе. Сказанное выше об общей маловодности рек Индостана хорошо иллюстрируют данные табл. 13. Нечего говорить о р. Луни, расположенной близ пустыни Тар, но даже такие большие реки, как Кришна, Годавари, Маханади, получающие большое количество осадков летом, зимой почти пересыхают. Очень показательны коэффициенты питания рек подземными водами Ки> равные 0,03—0,05, т. е. соответствующие степным условиям Европейской части СССР, где осадков выпадает около 400— 500 мм. Этому немало благоприятствует распространение в Индостане кристаллических горных пород, не способствующих питанию подземных вод. И лишь реки Инд, Ганг, получающие значительную часть стока с Гималаев, а также Брахмапутра, бассейн которой сильно увлажняется в пределах Республики Бангладеш, отличаются довольно высоким подземным стоком, а К колеблется в пределах 0,17—0,28. В целом следует подчеркнуть, что водный баланс и речной сток в Индостане обусловлены не только муссоном с его характерной сезонной ритмичностью, но также и рельефом. Такое сочетание способствует конденсации атмосферной влаги муссонных циркуляций, представляет чрезвычайно характерную гидрологическую особенность Индостана, как, впрочем, и всей Восточной Азии. В южной части бассейна Брахмапутры находится небольшой горный хребет Шхаси с вершиной Шилонг (высота 1961 м). На южном склоне этого хребта расположена известная метеорологическая станция, по данным которой здесь выпадает в среднем за многолетний период величайшее в мире количество атмосферных осадков — 11 674 мм. Среднее суточное количество осадков при суточном максимуме в 2300 мм (Нестерук, 1960) здесь составляет 320 мм. За отдельные годы сумма осадков достигает почи 23 000 мм. Трудно себе представить, какие потоки воды низвергаются с этой горы. Достаточно сказать, что почва здесь щебенчатая, так как мелкие ее фракции смыты. В таких условиях инфильтрационная способность почвы мала и почти все количество осадков образует поверхностный сток, так как почва вмещает мало влаги и в периоды между дождями нечему испаряться. Малы и потенциальные возможности испарения, так как оно происходит в условиях низкой испаряемости. Должно быть слабым здесь и питание подземных вод. В общем эти условия формирования водного баланса носят аномальный характер и почти соответствуют пределам левых частей теоретических зависимостей влияния инфильтрационной и водоудерживающей способности на элементы водного баланса (рис. 2 на стр. 44). Теперь перейдем к краткой характеристике условий форми-
рования речного стока и других элементов водного баланса в Индокитае. Очень многоводны реки Бенгальского побережья Бирмы. В пределах неширокой прибрежной полосы полный сток, вероятно, достигает 3000 мм, но на существенно большей площади превышает 1500 мм. Например, полный сток р. Моун, стекающей с восточного склона гор Аракан-Йоман, при площади бассейна в 5300 км2 (у Мезалли Виер) составляет 1663 мм, а подземный — немногим более 200 мм. Периферийные прибрежные части Индокитая отличаются высокой водностью, но в центральной части полный сток заметно уменьшается, что, несомненно, является следствием экранирования горами влажных муссонных масс воздуха. На западе полуострова действует бенгальская ветвь муссона, дающая в горах Аракан-Йоман свыше 5000 мм осадков, на востоке — тихоокеанский муссон. В восточной части Индокитая регулярность муссонов и контрастность осадков в зимнее и летнее полугодия выражены менее четко, чем на Индостане и на западе Индокитая. В Д Р В и на севере Лаоса и зимой выпадает значительное количество осадков. На востоке Индостана — в Лаосе и в Д Р В — полный сток не ниже, а на левых лаосских притоках Меконга, берущих начало в средней части Вьетнама, например, на р. Бангфай, достигает 1820 мм при относительно очень низком подземном стоке ( 1 3 — 1 4 % ) — 2 5 5 мм (табл. 13). Но на левых горных притоках Меконга в северном Лаосе — реках Кан и У, отделенных от равнины небольшим нагорьем Траннинь, полный сток уменьшается соответственно до 470 и 766 мм, что, несомненно, является следствием экранирующего влияния гор на осадки. Этот эффект на западе Индокитая, восточнее гор АраканЙоман, выражен еще более значительно. Так, в Бирме, на правом притоке Иравади — p. My, текущей с севера, полный сток составляет всего лишь 350 мм, т. е. почти в 5 раз меньше близко расположенного другого притока Иравади — р. Моун, берущего начало в Араканских горах, хотя расстояние между центрами бассейнов этих рек едва достигает 250 км. Район минимального стока в Индокитае расположен в Таиланде. К нему относятся правый приток Меконга — р. Мун (полный сток 207 мм) и ее приток р. Си (полный сток 194 мм), а также довольно большой бассейн (114 435 км2) р. Менам со стоком у Савона в 243 мм. Бассейны рек Мун и Менам почти со всех сторон окружены горами, и по этой причине они менее доступны для муссонных циркуляций. Эффект экранирования осадков горами в центральной части Индокитая распространяется до восточной Бирмы, примером чего является р. Билу, впадающая в р. Нампун — правый приток Салуина. Сток этой реки 256 мм (площадь бассейна 7870 км2). Несмотря на то что
в этих бассейнах количество осадков колеблется в пределах 1500—1700 мм, здесь появляются элементы засушливости. Так, подземный сток в реках Мун и Си уменьшается до 20—25 мм (10—15% полного стока), а в р. Менам — до 55 мм (25% полного стока). Наиболее изученная река Индокитая — р. Меконг, играющая большую роль в жизни народов восточной части полуострова. Как известно, эта река берет начало в юго-восточной части Тибета и, пройдя путь в 4500 км, впадает в Южно-Китайское море. В верховьях она маловодна, получает питание за счет ледников, в хребтах Русского Географического Общества и Д а лай Л а м ы , между которыми расположен ее исток, а также за счет таяния сезонных снегов. Питание реки за счет этих источников приходится на лето и в какой-то мере умножается летними дождями и снегопадами (напомним, что высоты здесь превышают 5000 м). В самом верховье, в тибетской части, река носит название Дзачу, ниже по течению — Ланьцанцзян, а после выхода из К Н Р в Бирму и Л а о с приобретает наиболее известное свое название — Меконг. Еще в пределах К Н Р река выходит в зону влияния юго-восточного муссона и водность ее быстро возрастает за счет дождевого питания. В табл. 13 помещены сведения, характеризующие водный баланс бассейна р. Меконг в разных створах. Эти данные о водном балансе р. Меконг не совсем сравнимы между собой из-за разных методов наблюдений (наблюдения производились в трех странах — Бирме, Л а о с е и Таиланде) и различных сроков наблюдений. Н а результатах расчетов сказываются т а к ж е большие размеры реки, главным образом русловое и пойменное регулирование стока, возрастающее вниз по течению реки. Тем не менее можно заметить вполне отчетливую закономерность изменений элементов водного баланса, следуя вниз по течению: увеличение осадков и полного стока, уменьшение процента подземного стока, но абсолютные величины последнего более или менее устойчивы в пределах двух участк о в — выше Мукдахана (185—225 мм) и ниже этого створа (160—182 мм). Д л я Австралии характерно питание рек летними муссонными дождями. В это время года создается минимум давления воздуха над материком. В таких условиях на сушу устремляются потоки воздуха, обогащенные океанической влагой. Однако сезонные колебания количества осадков на большей части территории этого континента, исключая его северную часть, менее контрастны, чем в странах «классического» муссона Южной Азии. Д л я распределения речного стока на австралийском секторе тропического гидрологического пояса чрезвычайно характерны весьма большие контрасты. В центре австралийских пустынь, особенно в пределах ее песчаных частей, сток практически от-
сутствует. 100—200 мм осадков, выпадающих здесь за год, полностью расходуются на впитывание в почву и на испарение. Полный речной сток почти на 4/s материка составляет менее 10 мм. Подземный сток, разумеется, здесь практически отсутствует. На периферии центральной низменности — на ее западной и северной окраинах — зарождается довольно густая сеть криков — речных русел, заполняющихся водой во время выпадения эпизодических летних ливней. По характеру своего режима они близки к вади Сахары и омурамбо Калахари. Большая часть криков теряется в пустыне, но самые крупные из них — Фйнк, Диамантина, Купер-Крик и другие, располагающие в горных частях своих бассейнов густой сетью притоков, в некоторые годы достигают и питают оз. Эйр. Чрезвычайно интересно, что при выходе за пределы возвышенностей все эти крики, аккумулируя продукты эрозии, образуют субдельты. Здесь крики разбиваются на многочисленные рукава, происходит рассеивание стока. Наиболее ярко этот процесс выражен на криках Гамильтон, Диамантина и Купер. Район этих субдельт и разливов в Австралии носит название Страны Русел (Chanel Country). Много воды в этих районах теряется, не достигая оз. Эйр. По эфой причине после почти полного наполнения в течение лета 1950 г. к весне следующего года (к ноябрю 1951 г.) оно пересохло больше чем наполовину, а к концу этого же года, т. е. к лету 1951 —1952 гг., его акватория уменьшилась на 3 Д (Шнитников, 1964). В период наибольшего наполнения акватория озера составляет 15 000 км2. Существенный (более 50 мм), местами весьма большой (более 1000 мм) полный речной сток в Австралии наблюдается в пределах узкой полосы, протянувшейся вдоль восточного и юговосточного побережий, а также на северных окраинах контин е н т а — н а севере полуостровов Кимберли и Арнемленд и на п-ве Кейп-Иорк. Значительных величин сток достигает в крайней юго-западной части континента — в Соунленде. Вся эта территория занимает менее 2/s площади Австралии. Довольно сложное распределение стока вдоль восточного побережья в основном связано с рельефом. Сравнительно невысокие горы (до 1000— 1600 м), протянувшиеся вдоль берега, способствуют конденсации влаги устойчивого летнего юго-восточного воздушного переноса, благодаря чему осадки в отдельных местах здесь превышают 2000 мм. В прибрежной полосе шириной около 150— 200 км, на востоке и юго-востоке, а на северо-востоке шириной до 60—80 км преобладает речной сток в пределах 100—1000 мм, а в отдельных местах и выше. К числу таких мест, где сток превышает 1500 мм, относятся Снежные горы в Австралийских Альпах на юго-востоке континента и на 18° ю. ш. на северовостоке. Очень высок сток на п-ове Кейп-Иорк — в отдельных местах больше 1000 мм, а на территории всего полуострова колеблется в пределах 100—800 мм; 500 мм достигает он на
п-овах Арнемленд и Кимберли; в этих же пределах сток на крайнем юго-западе континента на 100—150-километровой прибрежной полосе, южнее г. Перта. В Тасмании весьма велик сток в наиболее высокой горной части, в западной половине полуострова (более 1500 мм), а до минимальных значений (50—100 мм) он уменьшается в юговосточной части. В увлажненной части Австралии речной сток значительно варьирует. Например, на р. Муррей у Эстона, выше впадения Дарлинга (площадь бассейна 342 000 км2), за 35 лет наблюдений наибольший годовой сток достигал 121 мм, а наименьший — 4 мм. Подземный сток на западном склоне Большого Водораздельного хребта (в бассейнах рек Муррей и Дарлинг) колеблется в пределах 10—20%, а на восточном, более увлажненном,— в пределах 25—40% полного стока. Абсолютные значения подземного стока в прибрежных зонах юго-востока (в Австралийских Альпах) более 100 мм, а в отдельных местах (Снежные горы) превышают 400 мм. Д л я остальных частей прибрежной зоны подземный сток в редких случаях бывает более 100 мм, а характерные значения находятся в пределах 10—50 мм, что говорит и о большом диапазоне сезонных колебаний речного стока. Большие реки Австралии маловодны, в связи с тем что значительные части их бассейнов расположены в пределах засушливых областей континента. Так, средний многолетний (1902— 1930 гг.) расход воды наибольшей реки Австралии — Муррей недалеко от устья (в Ренмарке) при площади бассейна около 1 072 000 км2 составляет 352 м3/сек, что соответствует слою в 10 мм и годовому объему в 11,2 км3 («Australia...», 1962). Выше же впадения р. Дарлинг слой стока Муррея у Эстона (342 000 км2) за 35 лет наблюдений в 3 раза больше — 30 мм, а годовой объем стока — 9,8 км3 («Surface water...», 1967). Лишь небольшая часть верховьев этой реки течет в пределах более увлажненного района — западного склона Снежных гор, где сток в самом истоке реки достигает 1000 мм. Водность главного притока Муррея — р. Дарлинг еще меньшая. Недалеко от устья у Истудлея (площадь бассейна 647 760 км2) средний расход воды за 1930—1949 гг. составлял всего лишь 43 м3/сек, а слой стока — 2 мм при годовом объеме 1,4 км3. По другим, более полным данным («Surface water...», 1967), годовой сток этой реки за 35 лет (1930—1964 гг.) у Менинди ( 7 2 0 0 0 0 к м 2 ) достигал 5,5 мм, или 4,1 км3. Сумма объемов стока Муррея у Эстона и Дарлинга у Менинди равна 13,9 км3, т. е. на 2 , 8 к м 3 больше, чем объем стока Муррея ниже слияния с р. Дарлинг. Сток рек тропического пояса Африки невелик и в общем уменьшается с востока на запад. В Калахари он ничтожно мал, а на западе, в пустыне Намиб, практически отсутствует. На во-
стоке преобладает сток в пределах 50—100 мм (табл. 13), а в Драконовых горах, где выпадает до 1500—2000 мм осадков, он возрастает до 200—400 мм. Подземный сток здесь составляет 15—20% полного. В остальной части Юго-Восточной Африки его распределение носит более пестрый характер — от 10 до 40%. Наиболее благоприятная структура стока при 50% подземного стока и даже более характерна для плато Ангола-Лунда, где распространены мощные песчаные отложения. В сочетании с почвами влажных листопадных лесов это благоприятствует питанию подземных вод, дренируемых реками. На Мадагаскаре сток весьма значителен в восточной части острова между Центральным плато и побережьем. Особенно велик сток на северо-востоке острова, в районе гор Царатанану (высота до 2880 м). Так, сток р. Самбирану, стекающей с северо-западного склона этих гор, достигает 1435 мм (табл. 13). Но столь значительный сток относится к небольшой площади. Преобладающий же в северо-восточной полосе острова сток в пределах 600—800 мм. Здесь распространены тропические влажные леса и красноземы. В таких условиях подземный сток в реки относительно полного стока значителен (до 40%) и в отдельных местах достигает 500—600 мм, но преобладает 150— 250 мм. С востока на запад сток уменьшается и к западу от Центрального плато, особенно на юго-западной окраине острова, снижается до 20 мм. Между плато и западным побережьем подземный сток в реки не превышает 10—15% полного. В пределах самого плато сток колеблется между 250—600 мм, а подземный сток составляет 25—30%, но на участках распространения вулканических пород возрастает до 40%. Мадагаскар служит примером контрастного распределения речного стока и других элементов водного баланса в пределах сравнительно небольшой территории. Островное положение этой страны в сочетании с горным рельефом, способствующим конденсации паров атмосферы и играющим экранирующую роль для противоположного склона, служит причиной такого явления. Другой пример — Новая Зеландия, об особенностях формирования стока которой сказано ниже, в разделе, посвященном умеренному поясу. Тропический пояс гидрологического режима широко распространен в Америке, особенно в Южной, но в западной части, вдоль Тихоокеанского побережья, и на севере, вдоль Карибского моря, он существенно вуалируется и изменяется Кордильерами. Так, в северной части бассейна Ориноко, отделяемого от Карибского моря Кордильерой-де-Мерида, возвышающейся до 4000—5000 м, и Карибскими Андами, речной сток в зависимости от степени экранирования горами колеблется в больших пределах — от 50 до 1500 мм и более (табл. 13). Максимум приурочен к юго-западной части Кордильеры-де-Мерида, где подземный сток превышает 500 мм при Ки более 0,5 и коэффициен-
тах стока 0,7—0,8. На Оринокской низменности полный сток уменьшается до 600—800 мм при подземном стоке порядка 200 мм и меньше. Характерны для этого района типичные для тропического пояса, ясно выраженные сезонные ритмы: высокий сток летом и малый — зимой. В высоких горах эта контрастность сезонных колебаний усиливается. В Южном полушарии тропический пояс охватывает большие пространства к югу и юго-востоку от бассейна Амазонки. Здесь также в основном преобладает летний сток. Д л я тропического пояса Южной Америки полный речной сток составляет меньше 600 мм, а в правобережной части бассейна Парагвая по направлению к склону Кордильер и на востоке материка, в бассейне р. Сан-Франсиску и частично в бассейне р. Паранаиба, заметно уменьшается. В этих районах полный речной сток колеблется преимущественно в пределах 50— 200 мм, но снижается до нескольких миллиметров на севере бассейна Сан-Франсиску. Здесь малый сток связан с периодическими, часто продолжительными (иногда в течение нескольких лет подряд) засухами. Во влажные периоды речной сток резко возрастает. Питанию подземных вод в эти годы препятствует слабая водопроницаемость горных пород и почв. Отсюда многие исследователи этого района вполне обоснованно считают, что главная причина засушливости северо-востока Бразилии заключается в слабой водопроницаемости латеритных с железистыми корами почв и в выходе на поверхность во многих местах кристаллических пород Бразильского нагорья (Taltasse, stretta, 1959). Паводки усиливаются интенсивными ливнями. В итоге здесь часты кратковременные очень сильные наводнения. Подземный сток не превышает 15% от полного стока. В период засухи все реки, исключая транзитную Сан-Франсиску, пересыхают. На северо-западе района, где сохранились останцовые возвышенности, сложенные водопроницаемыми песчаниками (шапады), летние дождевые воды почти полностью впитываются. Фильтруясь до подстилающих водонепроницаемых пород, они образуют довольно обильные подземные потоки, местами выходящие в виде источников на склонах шапад. Дебит некоторых из них достигает 100 л/сек (шапада Арарипи). Особенно пагубно на водном режиме отразилась вырубка лесов. В настоящее время делаются попытки возобновления лесов и создания водохранилищ. В карибском прибрежном поясе, расположенном на севере материка между Карибскими горами и морем, главным образом на полуостровах, сравнительно небольшой кратковременный сток (менее 50—100 мм) связан с интенсивными ливнями и большим расходом почвенной влаги на испарение. Реки почти не получают подземного питания и пересыхают в течение длительного засушливого периода. В пределах Бразильского нагорья речной сток составляет
400—600 мм, а на юго-востоке этого района достигает 1000 мм и больше. Под влиянием обильных равномерных осадков и малых колебаний температуры в течение года здесь развиваются влажные тропические леса на аллитных хорошо водопроницаемых почвах, подстилаемых мощной корой выветривания. На крайнем юге нагорья, занятого влажной саванной, красноваточерные и черноземные почвы также отличаются хорошей водопроницаемостью. Все это способствует высокой инфильтрации и обильному питанию подземных вод, которые составляют около 50—60% полного речного стока. Подземный сток в тропическом поясе Южной Америки в редких случаях (на юго-востоке Бразильского нагорья) превышает 300 мм, чаще всего колеблется в пределах 20—150 мм, а на части рек бассейнов Сан-Франсиску и Паранаиба практически снижается до нуля. В засушливые сезоны — весной и зимой (в Южном полушарии)—многие реки здесь пересыхают. Примерами могут служить реки Контас, Итапикуру и Парду, которые не относятся к числу наиболее маловодных. К северозападу от: бассейнов этих рек, в северной части бассейна СанФрансиску, как уже сказано, условия еще более засушливы. В табл. 13 приведены данные об элементах водного баланса Южной Америки в основном по тропическому поясу, отчасти относящихся к умеренному (юг Аргентины). Но большая часть данных этой таблицы характеризует водный баланс рек горных районов —это густая сеть (исключая Атакаму, где рек мало) небольших рек, стекающих с Анд в Тихий океан. На западном склоне Анд равнинных районов почти нет, и реки на всем протяжении отражают горный водный режим. Но и на восточном склоне влияние гор распространяется в глубь равнинных районов, очень маловодных в Патагонии и сравнительно маловодных для тропиков Гран-Чако. В Патагонии, простирающейся к югу от рек Рио-Колорадо и Рио-Негро до Огненной Земли, речной сток составляет в среднем за год менее 20 мм и только на востоке, у подножия Анд, где увеличивается общее увлажнение, возрастает до 50—100 мм. Редкие постоянные реки Патагонии пересекают ее от восточных склонов Анд, где лежит их область питания, до Атлантического океана в широких и глубоких каньонообразных долинах, развитых по тектоническим трещинам. Вне этих долин воды в Патагонии почти нет, но равнинные междуречья не лишены местного стока. Местный сток заполняет многочисленные западины, откуда теряется на испарение. И только в отдельных местах, сложенных трещиноватыми базальтами, и на участках, где распространены валунно-гравийные ледниковые отложения, достигающие мощности до 15 м, скудные осадки быстро просачиваются и питают подземные воды, которые выходят на поверхность на склонах речных долин в виде довольно обильных источников с расходами, достигающими 30 л/сек.
Там, где к горам примыкают районы с многоводными реками, контраст между горным водным режимом и режимом равнинных рек проявляется в меньшей степени, особенно если учесть синхронность сезонных колебаний: на тропических равнинных реках преобладает летний и осенний сток, и к этому же времени относится наиболее обильное питание горных рек. Юго-западнее Бразильского нагорья во влажной пампе осадков выпадает много, но речной сток здесь значительно ниже и уменьшается со 150 мм на северо-востоке до 50 мм на юго-западе. Формирование столь невысокого стока при относительно высокой увлажненности пампы связано главным образом с почвами, которые отличаются здесь высокими инфильтрационными и водоудерживающими свойствами. Этому способствует также то обстоятельство, что почвы сформированы на лёссовидных суглинках, обладающих высокой капиллярной способностью. В таких условиях основная масса осадков просачивается в почву и почвенная влага в больших количествах расходуется на испарение. К этому нужно добавить большие потери воды на испарение с распространенных здесь западин, в которых собираются дождевые воды. Вместе с тем обилие таких временных акваторий, вероятно, способствует также питанию подземных вод. По этим причинам в пампе речная сеть развита слабо, за исключением ее юго-восточной части, сложенной слабопроницаемыми глинистыми отложениями. Севернее пампы между Андами и Парагваем (в бассейнах его притоков Рио-Саладо, Бермехо и Пилькомайо) расположена равнина Гран-Чако, для которой характерны обширные летние (Южное полушарие) разливы, в результате чего образуются болота, зимой же реки пересыхают настолько, что даже такие большие из них, как Бермехо и Пилькомайо, превращаются в разобщенные плесы с солоноватой водой. Речной сток здесь в общем менее 100 мм. К тропическому поясу относится Центральная Америка, но она принадлежит к районам суши, наименее изученным в гидрологическом отношении. Исключение составляет Куба, в которой в последние годы осуществляется большая программа гидрологических исследований. На этом острове, где осадков выпадает 1400—1600 мм, речной сток достигает около 200 мм,причем превалирующая его часть приходится на период летних и осенних дождей. Остров Ямайка суше (осадков около 1000—1500 мм, сток менее 100 мм), исключая наветренное восточное побережье, где годовое количество осадков превышает 2500 мм, а сток достигает 200—300 мм. На континентальной части Центральной Америки осадки увеличиваются с запада к побережью Карибского моря. В Коста-Рике и Панаме в отдельных местах осадков выпадает более 4000 мм, а сток превышает 1500 мм, на севере Никарагуа он менее 1000 мм и постепенно снижается в Мексике около Северного тропика до 100—200 мм.
Особым своеобразием отличается гидрология Юкатана. Северная часть полуострова находится в сфере действия пассата, и поэтому здесь сухо и все осадки (менее 500 мм) расходуются на испарение — сток практически отсутствует. Но и в центральной части полуострова, где осадков выпадает более 1500 мм, поверхностного стока также почти нет. Здесь распространен карст, поэтому речная сеть отсутствует и преобладает подземный сток, который сбрасывается непосредственно в море. Лишь в юго-восточной и юго-западной частях острова появляется речная сеть, а сток достигает, по-видимому, 400—500 мм. В Гватемале и Мексике у «основания» п-ова Юкатан осадки превышают 2000 мм, местами даже более 3000 мм. Соответственно возрастает полный речной сток до 700—900 мм и подземный сток до 300—400 мм и более. К северо-западу от этих районов сток в Мексике постепенно уменьшается, и у границы с США полный сток сокращается до 10—20 мм, а подземный — практически до нуля. СУБТРОПИЧЕСКИЙ
ПОЯС
В субтропическом поясе выделено три существенно отличающихся по гидрологическим признакам типа режима рек. Средиземноморский тип распространен на юге Европы, на севере и крайнем юге Африки, на юго-западе Азии, в Юго-Западной Австралии и Калифорнии. В Южной Америке к нему относится узкая полоса побережья Чили, но реки, пересекающие эту полосу, берут начало в горах, они характеризуются преобладанием летнего стока, и их режим почти не приобретает черт средиземноморского. Другой тип гидрологического режима субтропического пояса восточно-приокеанических районов Азии и Северной Америки, существенно отличающийся от первого, характерен для ландшафтов, в которых преобладают влажные леса. В Азии — это юго-восточная часть Китая (нижняя часть бассейна Янцзы), где господствует юго-восточный муссон. В Северной Америке — полоса вдоль северного берега Мексиканского залива, включая Флориду. Здесь также речной сток преобладает летом. Третий тип — огромные пустыни: Сахара, Аравийская, Тар, отчасти австралийские, Калахари, где речной сток очень мал и на больших пространствах реки вовсе отсутствуют. В районах распространения вади подземного стока нет, но и полный сток едва достигает нескольких миллиметров. Как видно из сказанного, к субтропикам по гидрологическим признакам относится гораздо более ограниченная территория, представленная меньшим разнообразием ландшафтов, чем субтропический пояс по общегеографическим признакам. Средиземноморский тип режима рек в Южной Европе распространен на западе и юге Пиренейского п-ова, на Апеннин-
ском п-ове, на Балканах; в Азии — на юге Малой Азии, Ближнем Востоке, на юге и востоке Ирана и Аравийском п-ове; в Австралии— на юге и западе континента; в Африке — в Алжире, Тунисе, Марокко и на крайнем юге материка; в Северной Америке— в Калифорнии и на Калифорнийском п-ове; в Южной Америке— в прибрежной полосе Чили, исключая ее патагонскую часть. В этих пределах речной сток распространяется неравномерно, но в общем преобладают сравнительно маловодные реки со стоком менее 100—200 мм. Но почти повсеместно в пределах субтропиков средиземноморского типа более или менее высокий сток приурочен к горам или возвышенностям. Это относится к Южной Европе, где во всех районах средиземноморского режима высокий сток связан с рельефом. На Балканах и Апеннинах он увеличивается еще и за счет распространения карста. В таких условиях, особенно если закарстованные породы не прикрыты осадочными рыхлыми отложениями и выходят на поверхность, вода быстро уходит вглубь и предохраняется от испарения (см. табл. 4 на стр. 41). Увеличение речного стока в горах ярко выражено и в Северной Африке, и в Калифорнии. Признаки средиземноморского гидрологического режима и водного баланса в СССР отмечаются в Крыму, на Черноморском побережье Кавказа и в Талышских горах Прикаспия. Эти районы, окаймленные горами, протянулись узкими прибрежными полосами, в пределах которых наибольшее питание реки получают за счет зимних дождей. Но даже небольшие реки, как правило, берут начало в горах, поэтому в чистом виде средиземноморский режим здесь, так же как и в Чили, выражен слабо. Реки питаются также сезонными снегами, формирующими паводки весной. Это и создает определенные условия снего-дождевого питания рек с преобладанием весеннего стока. Величины полного стока здесь значительны, доля подземного стока велика, чему способствует распространение карста. На Черноморском побережье, особенно в тех случаях, когда горы близко расположены к берегу, происходит субмаринная разгрузка подземных вод, обильная, например, в районе Гагры. Аналогичное явление характерно, вероятно, для западного побережья Каспийского моря на участках, примыкающих к Кавказу. В табл. 13 приведены наиболее характерные данные по водному балансу речных бассейнов субтропического пояса. С первого взгляда данные, относящиеся к средиземноморскому типу, пестры и лишены закономерности. Но более детальный анализ дает основание для выделения двух групп водного баланса и стока. Д л я одной группы характерен повышенный подземный сток, приблизительно в пределах 25—40%, изредка даже более 50% полного стока, что свидетельствует о благоприятной структуре речного стока, при коэффициенте подземного питания рек подземными водами Ки, как правило, более 0,20. Этой особен-
ностью отличаются районы южной части Балкан и Ближнего Востока. Другая группа, например в Северной Африке, отличается небольшим подземным стоком, преимущественно в предел а х до 20—25% полного стока, и лишь в отдельных случаях несколько большим, при К и чаще всего до 0,10. Это различие связано с тем, что во втором случае особенно контрастны сезонные колебания степени увлажненности: летом осадки почти отсутствуют, а зимой часты интенсивные дожди, препятствующие просачиванию воды в почву. В таких условиях замедляется питание подземных вод, подземные воды истощаются в течение сухого лета. В первом случае условия питания подземных вод более благоприятны либо вследствие почвенно-геологических условий, особенно при наличии открытого карста, распространенного, например, в южной части Балканского полуострова, где притом выпадает довольно много осадков (свыше 1000 мм), либо вследствие высокой общей увлажненности. По этим причинам и абсолютные величины полного стока весьма значительны и в общем в названных районах превышают 500 мм, во втором случае редко достигают более 100 мм, а чаще всего находятся в пределах до 20—30 мм. Гидрологический тип режима и водного баланса пустынь, чрезвычайно характерный для субтропиков, отчасти для тропиков, не лишен подземных вод, и не только соленых, но и пресных, получающих и в современный период питание главным образом из прилегающих более увлажненных горных районов. Так, в Сахаре в конце 50-х — начале 60-х годов открыто семь значительных бассейнов (табл. 14) подземных вод, большая часть которых относится к артезианским (Кунин, 1968). Вполне достоверной оценки питания, которое получают эти бассейны в настоящее время, современными методами выявить пока невозможно. Тем не менее полученные объемы годового питания показывают, что приток подземных вод в Сахару превышает 4 кмъ в год, что не мало для величайшей пустыни, почти лишенной поверхностных вод. Вместе с тем вычисленная мною активность водообмена, т. е. продолжительность естественного возобновления подземных вод в годах (последняя графа табл. 14), показывает, что этот процесс в Сахаре нельзя признать существенно замедленным, если сравнить с активностью водообмена всех подземных вод Земли, установленных, правда, весьма приближенно (см. табл. 10 на стр. 71). Во-первых, следует учесть, что 3500 лет для образования подземных вод — срок сравнительно небольшой, и, несомненно, он может быть большим, если учесть, что часть подземных вод могла растекаться и, приближаясь к поверхности, частично иепаряться. Во-вторых, интенсивность питания за срок, исчисляемый тысячелетиями, безусловно, не была постоянной. Кроме перечисленных бассейнов подземных вод в долинах многих вади Сахары образуются подрусловые подземные воды,
Таблица 14 Подземные бассейны Сахары Площадь, км2 Название бассейна
Большой Восточный Эрг Большой Западный Эрг . Фецуан Западная пустыня . . Чад Нигер Танзеруфт
. .
распространения напорных вод
Запасы воды,3
км
Питание, км3/год
330 375 175 1 800 1 100 525 240
180 325 25 150 320 160
1 500 1 700 400 6 000 3 500 1 800 400
0,4 0,9 0,06 1,5 1,2 0,3 0,02
4 545
1 160
15 3 0 0
4,38
Активность водо обмена, число лет
3 1 6 4 2 6 20
750 900 650 000 800 000 000
3 500
которые в условиях пустыни представляют хотя и не обильный, но более надежный источник ресурсов пресных вод, так как поверхностные воды в Сахаре не всюду имеются, а там, где распространены вади, речные воды весьма эфемерны, и иногда русла остаются сухими в течение нескольких лет. Поверхностные же водохранилища крайне невыгодны для хозяйства, особенно в таких условиях, где испарение с водной поверхности, окруженной пустыней, достигает 3 м/год. В таких условиях весьма целесообразны подземные водохранилища, получающие все большее распространение. В Южной Америке субтропический режим наблюдается в узкой полосе между Андами и побережьем Тихого океана приблизительно южнее 25° ю. ш. Но об этом в основном можно судить по режиму атмосферных осадков, так как мы располагаем лишь единичными данными наблюдений по рекам, режим которых формируется независимо от Анд. Все изученные реки берут начало в высокогорных районах, где преобладает летний сток снегового, ледникового и дождевого происхождения, и пересекают транзитом полосу субтропического режима. В интересной монографии польские ученые Т. Вильгат и К. Войцеховский, проводившие в 1965 и 1966 гг. обстоятельные гидрологические исследования в бассейне Аконкагуа в Чили (Wilgat, Wojciehowski, 1971), приводят данные о месячном стоке нижнего левого притока этой реки — р. Рабуко, стекающей с Береговой Кордильеры. Сток этой реки распределяется более или менее равномерно в течение года с некоторым преобладанием весеннего и летнего стока, между тем как сток основной реки — Аконкагуа формируется в условиях высокогорных летних дождей и снеготаяния. Интересно, что и сток самой Аконкагуа близ устья
характеризуется двумя сезонными максимумами: летним, вызванным высокогорным питанием, и зимним, формируемым зимними дождями в нижнем течении. Это говорит о том, что для узкой прибрежной части Чили характерен средиземноморский тип режима, который, однако, в чистом виде можно наблюдать лишь на реках, берущих начало в невысоких горах. В Северной Америке средиземноморский режим чрезвычайно четко выражен в Калифорнии. Здесь, начиная от Калифорнийского полуострова приблизительно до широты г. Сан-Франциско, преобладают маловодные реки со стоком от нескольких миллиметров в южных районах до 100—120 мм в районе СанФранциско при подземном стоке до 20 мм. Субтропики восточноприокеанического типа влажных лесов юго-восточных частей К Н Р и США характеризуются высокой увлажненностью. При количестве осадков в пределах 1000—2000 мм речной сток колеблется в пределах 300—1000 мм, но под влиянием высотной поясности в некоторых местах этого района К Н Р он повышается до 1600 мм. Подземный сток здесь составляет 25—30%, а в США — 30—50% полного стока, а коэффициенты питания рек подземными водами — соответственно 0,2—0,4 (в горах до 0,8) и 0,05—0,30. УМЕРЕННЫЙ
ПОЯС
Речной сток и его составляющие умеренного пояса формируются на больших пространствах Европы, Азии и Северной Америки. В Южном полушарии этот пояс занимает небольшую территорию Южной Америки, в районе Патагонии. К нему относится также Новая Зеландия. В Африке и Австралии умеренный пояс практически отсутствует. Схожие условия на этих материках появляются лишь под влиянием рельефа, например в Атласских горах в Африке и в Снежных горах в Австралии. Этот пояс разнообразен по проявлениям гидрологического режима и по условиям формирования водного баланса, но имеется общая для его большей части характерная черта — преобладание весеннего речного стока преимущественно либо дождевого, либо снегового происхождения. Преобладание летнего стока в отдельных районах умеренного пояса связано с рельефом — с сезонными снегами или с перемещением начала сезона дождевого стока на лето либо с влиянием летнего муссона, как это наблюдается на Дальнем Востоке в СССР. На Крайнем Севере в СССР, в Канаде и на Аляске преобладает летний сток снегового происхождения, но этот тип режима правильнее отнести к субарктическому поясу, так как он обусловлен суровой продолжительной зимой, вследствие чего весеннее снеготаяние отодвигается на лето. Еще один тип режима умеренного пояса характерен для Западной Европы — островов Великобритании и Ирландии, севе-
ро-западных частей Франции и ФРГ, п-ова Ютландия и крайнего юга Швеции. По внешнему виду режим рек этих районов напоминает средиземноморский — многоводная зима и маловодное лето, но по своему происхождению он не связан с летним пассатом и поэтому носит совсем другой характер. Под влиянием атлантического переноса воздуха, теплого течения и частых циклонов в этих районах, особенно в Великобритании, выпадает довольно много осадков — до 1000 мм, местами больше, причем они довольно равномерно распределяются в течение года. Но зимой расходование осадков на инфильтрацию и испарение мало, поэтому коэффициенты стока высоки и реки многоводны. Летом же испарение выше, поэтому реки менее водоносны. Сезонные колебания здесь не так резки, как на реках со средиземноморским режимом, но они ясно выражены и несколько сглаживаются по мере следования на северозапад. В умеренном поясе гидрологического режима в общем преобладает сток, соответствующий названию этого пояса, приблизительно в пределах 50—250 мм. Исключение представляют горные районы, занимающие большие пространства северо-американского Запада, особенно Южная Аляска, Патагонские Кордильеры, влияние которых на гидрологический режим проявляется на юге Южной Америки, а также Скандинавия — районы, принадлежащие благодаря океаническим влияниям в сочетании ,с горным рельефом к числу самых увлажненных на земном шаре. Сюда также относятся горы Центральной Азии, ее восточных частей, где сток относительно больше. Вместе с тем в обширных пустынях и полупустынях сток значительно меньше 50 мм. Но в пределах обширных равнин северо-восточной половины Северной Америки, Восточной Европы и Западной Сибири, как уже отмечено, преобладает речной сток в умеренных размерах — 50—250 мм, причем основной причиной различия в величинах стока является широтная зональность. В пределах распространения влияний Атлантики в сочетании с экранирующим влиянием гор находятся наиболее увлажненные районы Европы — северо-западный склон Скандинавского полуострова. Здесь, как уже отмечалось, текут хотя и небольшие, но наиболее многоводные реки Европы. Например, годовой сток норвежской р. Нордал-Эльв достигает 12 000 мм, преобладающий же сток в горах и на северо-западном их склоне до 2000 мм. На юго-восточной половине Скандинавии увлажненность резко уменьшается, и в районе Ботнического залива полный сток составляет 200—300 мм. Весьма значителен сток на северо-западе Великобритании и на юге Исландии, а на зого-востоке Великобритании и севере Исландии уменьшается до 200 мщ. В этих же количествах он преобладает в равнинных районах Западной Европы, в северной половине Восточной Европы, в Европейской части СССР, на севере Западной
Сибири, где сравнительно низкий сток обусловлен континентальными условиями. Еще в большей мере этот фактор сказывается в южной части Европейской территории СССР и на юге Западной Сибири, где полный сток в Прикаспии и в степном Казахстане уменьшается до нескольких миллиметров. Подземный сток в реки здесь практически отсутствует. В Восточной Сибири и на советском Дальнем Востоке распределение стока в значительной мере зависит от рельефа. Горные массивы занимают большую часть этой территории, и поэтому распределение стока носит довольно пестрый характер. Север К Н Р в пределах бассейна Амура в гидрологическом отношении имеет много схожего с советским Приамурьем: сухая малоснежная зима, влажное дождливое лето. Волна половодья, состоящая из многих, часто перекрывающих друг друга паводков, продолжается начиная с мая по август и служит причиной частых разливов рек. При осадках порядка 500—800 мм сток колеблется в пределах 100—200 мм, в горах Большого Хингана он повышается до 300—400 мм. Подземный сток в общем невелик (15—20% полного). Это связано с тем, что подземные воды, питающие реки, здесь часто приурочены к аллювиальным отложениям речных долин. Их запасы невелики, и они быстро истощаются в течение продолжительной зимы. Сравнительно маловоден бассейн Хуанхэ, исключая ее нижнее течение, где сток превышает 200 мм. В верхнем течении этой реки, в пределах горной Наныпаньской части бассейна, сток в целом составляет 140 мм (до Ланьчжоу) при осадках около 250—300 мм. Обогнув плато Ордос, западная часть которого представляет пустыню, Хуанхэ не принимает больше притоков и теряет часть стока, частью он разбирается на орошение. В итоге ниже устья Бэйхэ сток реки уменьшается до 60 мм. Ниже места, где река поворачивает на восток, питание ее возрастает, но значительная часть ее стока разбирается на орошение. Весьма многоводны реки Японии. Это особенно относится к западным частям островов Хонсю и Хоккайдо. На этих островах полный речной сток составляет 600—1500 мм. Подземный сток в питании рек в условиях распространения вулканических пород нередко превышает половину полного стока. Так, на острове Хонсю подземный сток колеблется преимущественно в пределах 400—600 мм. Большая часть Северной Америки, так же как Европы и Азии, находится в пределах умеренного пояса. К нему относятся: бассейн величайшей реки этого континента — Миссисипи» реки, впадающие в Атлантический океан севернее Флориды, реки Канады, исключая ее субарктическую часть. В распределении стока и его составляющих в Северной Америке много общих черт с их распределением в Евразии. Р а з личие заключается в том, что Североамериканский материк об-
ладает меньшим протяжением по широте, поэтому океанические влияния проникают относительно дальше в глубь континента, а континентальные влияния, распространенные в Евразии на огромной площади, в Северной Америке более ограниченны. Немаловажное значение имеет и орография. Скалистые горы препятствуют проникновению в глубь материка тихоокеанских океанических воздушных масс, в то время как в Европе воздушные массы с Атлантики распространяются на всю территорию этой части света. В остальном очень много схожего. Северо-запад обеих частей света (западные склоны гор в Южной Аляске и Скандинавии в Европе) отличается чрезвычайно высоким речным стоком. На восточном склоне гор он весьма значительно уменьшается, причем в Северной Америке уменьшение носит более резкий характер, чем в Европе. Для северо-востока Северной Америки характерно уменьшение стока с востока на запад, что в какой-то мере аналогично северо-востоку Сибири с учетом, конечно, влияний орографии. Сток на Лабрадоре и Ньюфаундленде имеет много общего с Камчаткой, Сахалином и Хоккайдо, а сток в степях и прериях Северной Америки — со степью и лесостепью Европейской и Азиатской частей СССР. Однако на карте Северной Америки изолиния полного речного стока в 50 мм, ограничивающая с севера степной район с черноземами, схожими с нашими степными черноземами, под влиянием орографических особенностей проходит на несколько градусов севернее, чем в пределах Русской равнины. В Южном полушарии реки с водным режимом умеренного пояса имеют небольшое распространение. К ним относятся реки крайнего юга Южной Америки в пределах Патагонии, а также реки Новой Зеландии. О водном балансе крайнего юга Южной Америки можно судить по данным наблюдений над стоком небольшой р. Сан-Хуан (п-ов Брансуик), впадающей в Магелланов пролив (табл. 13). Океаническое положение этого полуострова и его платообразный рельеф с высотами в бассейне Сан-Хуан до 1000 м создают условия высокого увлажнения. Осадки в бассейне этой реки составляют 1375 мм, а сток — 740 мм, более lU которого приходится на подземный. Но в пределах плато материковой части Патагонии выпадает всего лишь 50—100 мм осадков. По существу это пустыня, которую пересекает несколько рек, получающих питание в Андах. Местный сток здесь практически отсутствует, но если он и возможен, то только в результате таяния снега, который иногда выпадает. По генезису местного стока Патагония в какой-то мере напоминает Прикаспийскую низменность, где в условиях резкой континентальности преобладают летние осадки, но стока они не образуют, а реки питаются в течение короткого периода таяния снежного покрова.
Другой район умеренного пояса в Южном полушарии — Новая Зеландия. Природа этой небольшой островной страны чрезвычайно интересна, что в полной мере относится и к гидрологии. Образованию исключительно высокого речного стока, особенно на западе Южного острова и на юго-западе Северного, способствуют устойчивый западный перенос океанического влажного воздуха и горный рельеф. Восточные склоны Южного и северная часть Северного островов отличаются меньшей увлажненностью, хотя и довольно значительной. Об особенностях речного стока этой страны мы можем судить по результатам обстоятельного исследования главного гидролога министерства труда Новой Зеландии доктора К. Тойбеса (Toebes, 1972), основанного на материалах наблюдений 198 гидрометрических станций. Необычайно велик сток нескольких небольших рек на западе Южного острова — Аравата (906 км2), Ватароа (622 км2), Ванганую (544 км2) и других, превышающий 9000 мм (290 л/сек с 1 км2). На значительных пространствах он колеблется в пределах 5000—6000 мм. На восточном склоне сток рек прибрежной полосы уменьшается до 200—250 мм. Однако реки, стекающие с восточного склона Южных Альп, отличаются более высоким стоком. Например, сток крупнейщей реки Южного острова — р. Клуты (21 960 км2) составляет 800 мм, а в верхнем течении —1150 мм. В Южных Альпах и на западном склоне этого хребта выпадает очень много осадков, вероятно, до 10 000 мм, но и расход воды на испарение здесь мал вследствие довольно низкой температуры воздуха и высокой его влажности в горах. Средний сток для всего Южного острова достигает около 1790 мм при стоке подземного происхождения в 40—60%. Столь высокий подземный сток связан с характером структуры водного баланса — высоким увлажнением территории и относительно малым испарением, приближающимся здесь часто к испаряемости. В таких условиях коэффициент питания рек подземными водами близок к единице, т. е. вся почвенная влага (сверх величин испаряемости или близких к ней) расходуется на питание подземных вод. Морфологические условия формирования подземных вод и их дренирования реками, особенно на западном склоне новозеландских Альп, где распространены коллювиальные и ледниковые отложения, благоприятствуют этому процессу. Северный остров Новой Зеландии увлажнен несколько меньше, и средний сток составляет здесь около 1050 мм. Сток небольшой р. Стоуни (51 км2), стекающей с горы Эгмонт (2517м), достигает 4500 мм при осадках на высоте 1000 м 5900 мм. Это наивысшие значения стока на Северном острове, но на больших пространствах этого острова он колеблется в пределах 1200— 2500 мм и лишь в северной и северо-восточной частях острова уменьшается до 700—800 мм. Можно предположить, что наши
представления об обилии подземного стока Новой Зеландии недостаточно полны в связи с возможной в таких условиях разгрузкой подземных вод непосредственно в океан, минуя реки. СУБАРКТИЧЕСКИЙ
ПОЯС
Субполярный гидрологический пояс отсутствует в Южном полушарии. Он распространен в Северном полушарии, и поэтому можно его назвать субарктическим. К последнему относятся узкая полоса на севере Европейской части СССР и довольно широкая полоса (до 1500—1800 км) на севере Сибири. В Северной Америке субарктический пояс занимает территорию приблизительно севернее 60° с. ш. К субарктическому поясу отнесены районы преимущественно снегового питания рек, но не весной, как это характерно для умеренного пояса, а вследствие позднего снеготаяния — летом. Лишь в одном районе этого пояса — в хребтах Верхоянском и Черского, где чрезвычайно мало снега, преобладающим источником питания рек являются летние дожди. Другой характерный признак, отделяющий субарктический пояс от арктического,— отсутствие покровных ледников. Поэтому Южный остров Новой Земли, так же как и Новосибирские острова, где многолетнее оледенение отсутствует, относится к субарктическому поясу, а Северный остров Новой Земли и Северная Земля •— к поясу арктическому. К нему же относятся: Шпицберген, Гренландия и северо-восточные острова Канадского архипелага, а также Антарктида. Гидрологические черты полярного пояса освещены в гл. VI. Субарктический пояс в целом не отличается богатыми ресурсами речного стока. За отдельными исключениями, полный сток невелик и преобладает в пределах до 400 мм, наиболее распространенный— от 100 до 200—£50 мм. Основная характерная черта структуры речного стока этого пояса — малый подземный сток и значительные сезонные колебания, связанные главным образом с распространением многолетней (вечной) мерзлоты. В этих условиях питание рек подземными водами невелико в сравнении с условиями, присущими соответствующим зонам при отсутствии многолетней мерзлоты. Это особенно ярко выражено в умеренном поясе, в пределах которого многолетняя мерзлота распространена вплоть до пределов Центральной Азии. Коэффициенты питания рек подземными водами под влиянием этого фактора снижаются в несколько раз по сравнению с районами со сходными климатическими и почвенными условиями. Чаще всего реки питаются подземными водами таликов, возникающих в аллювиальных отложениях речных долин. Подземные воды межречных пространств, как правило, лишены связи с реками. Запасы подземных вод аллювиальных отложений невелики и быстро иссякают после прекращения их питания, начиная с начала зимы, когда сезонная мерзлота смыкается с многолетней. С иссяканием
подземных вод уменьшается их приток в реки, и постепенно они пересыхают, а лед, образовавшийся на поверхности воды в начале зимы, ложится на дно реки. Этот процесс, получивший наибольшее развитие в северо-восточной части бассейна Лены, на реках Оленек, Яна, Индигирка, Колыма, Анадырь, а также в верховьях Амура и на левобережных его притоках, иногда путают с промерзанием рек. В данном случае промерзание, вторичный процесс,— следствие прекращения поступления в русло реки подземных вод. Аналог этого явления — сухая степь, где пересыхание рек по такой же причине происходит летом. Таким образом, зимнее пересыхание рек в районах распространения многолетней мерзлоты служит проявлением крайне засушливых условий, по существу зимней пустыни, в полярных и приполярных районах. Карта распределения по территории коэффициентов Ки(рис. 27) показывает, что в условиях многолетней мерзлоты коэффициенты питания рек подземными водами, как правило, менее 0,15, а в некоторых случаях снижаются до 0,03—0,05, в то же время в аналогичных условиях тундры и лесотундры при отсутствии многолетней мерзлоты, например в Европейской части СССР, повышаются до 0,2—0,3, т. е. в 2—5 раз больше. ПОВЕРХНОСТНЫЙ (ПАВОДОЧНЫЙ) с т о к
В таблице, приведенной выше, содержатся данные по всем элементам водного баланса, в том числе и данные о поверхностном (паводочном) стоке, т. е. о стоке, формируемом на поверхности почвы, на склонах. Но о том особом месте, которое он занимает как источник водных ресурсов, необходимо сказать дополнительно. Поверхностный (паводочный) сток представляет собой потенциальный источник водных ресурсов, который чаще всего становится доступным для использования после регулирования. Бывают, однако, исключения. Паводочный сток использу«тся, например, для орошения без предварительного регулирования в тех случаях, когда время его наступления совпадает с вегетационным периодом. Но для этого необходим соответствующий естественный режим паводков. Кратковременные паводки трудно использовать, но, когда они следуют один за другим и, перекрывая друг друга, сливаются в волну половодья, создаются наиболее благоприятные условия для интенсивного использования такого поверхностного стока. Примером могут служить бассейны Сырдарьи и Зеравшана, в какой-то мере и Амударьи, где в течение многих столетий практикуется орошение без предварительного регулирования формирующегося в горах поверхностного (паводочного) стока в основном ледникового и снегового происхождения. Лишь в последние десятилетия здесь предпринято строительство водохранилищ в целях расширения и оптимизации
орошаемого земледелия. Аналогичные примеры относятся к бассейну Нила, рекам запада США и другим районам. Происхождение и размеры поверхностного стока связаны с двумя основными факторами: интенсивностью дождей или снеготаяния и инфильтрационной способностью почвы, их взаимосвязью. Когда интенсивность дождей (снеготаяния) меньше интенсивности инфильтрации, вся вода впитывается в почву и поверхностного стока не образуется. Но по мере насыщения почвы влагой ее инфильтрационная способность уменьшается, поэтому продолжительные дожди (снеготаяние) однообразной интенсивности вначале могут не давать поверхностного стока, а потом он появляется. Высказывалось мнение, что речной сток — вода, не успевшая просочиться в почву, но это положение верно лишь по отношению к поверхностному стоку. Подземная же составляющая речного стока образуется за счет почвенной влаги, просачивающейся вглубь. Напомню, что поверхностный (паводочный) сток определяется путем анализа гидрографов — генетического их расчленения. Сказанное в предыдущей главе о зависимости масштаба карт от характера картографируемого явления особенно относится к поверхностному стоку, поскольку он зависит от мозаичного распределения почв, растительного покрова и пахотных земель в большей мере, чем другие элементы водного баланса. Выше уже отмечалось, что граница поля и леса может служить границей скачкообразного изменения поверхностного стока, так как лесные почвы обладают обычно (во всяком случае в естественных условиях) большей инфильтрационной способностью, поэтому, как показали результаты экспериментальных исследований, в лесах, например, лесостепной и тем более степной зон стока практически не бывает. Но и в лесной зоне поверхностный сток в лесу значительно меньше, чем в поле. Это относится и к тропическим, и к экваториальным условиям. В разделе «Почвенное звено круговорота воды» гл. II говорится об условиях формирования поверхностного стока и приводятся примеры его скачкообразных изменений и распределения по территории, установленные на основании экспериментов. Если рассмотреть речной бассейн даже небольшого размера в тех пределах, которые служили для определения поверхностной и подземной составляющих речного стока, то чаще всего территория такого бассейна состоит из различных угодий: пахотных земель, лугов, пастбищ, лесов, гидрографической сети, городских и занятых промышленными предприятиями территорий и т. д. С каждой из таких территорий поверхностный сток весьма различен. Особенно зависит поверхностный сток от макроформ рельефа, что значительно проявляется при различных высотах в пределах речного бассейна, благодаря чему создаются условия для формирования различной поясности водного баланса. По этой причине карта поверхностного (паводочного) стока,
(рис. 24) в соответствии с ее масштабом представляет генерализованную схему, обобщающую различные факторы, влияющие на распределение поверхностного стока по территории. Эта карта, как и вся серия мировых воднобалансовых карт, таким образом, отражает закономерности распределения данного элемента по территории в зональном плане. Что касается крупномасштабных карт, которые могли бы показать мозаичный характер распределения поверхностного стока, то в настоящее время уже появляется возможность для их составления, например для Русской равнины. Данные экспериментальных исследований на стоковых воднобалансовых стационарах дают материал, необходимый для таких карт, а соответствующий анализ их позволяет привести к условиям, сравнимым между собой. Исследования в этом направлении небезуспешно проводятся в Институте географии АН СССР, в скором времени такие, хотя пока еще схематизированные Н. И. Коронкевичем карты элементов водного баланса внутризонального плана будут опубликованы. Описание распределения поверхностного (паводочного) стока по территории потребовало бы повторения в общих чертах того, что было сказано о полном и подземном стоке. Но следует подчеркнуть, что это относится лишь к самым общим чертам его распределения. Действительно, в тех районах, где наблюдается большой полный и подземный сток, сохраняется и большой поверхностный. В маловодных районах полный речной сток и обе его составляющие характеризуются малыми их значениями. Но если больше детализировать, то выясняется, что изменения по территории полного речного стока и двух его элементов происходят далеко не однозначно. Это наиболее наглядно можно установить по данным воднобалансовой таблицы, приведенной в предыдущем разделе. В этой таблице помещены проценты подземного стока от полного. Дополнение этих величин до 100 характеризует поверхностный сток в процентах полного. Какой бы из районов этой таблицы мы ни рассмотрели, всюду процент поверхностного стока (относительно в еще большей мере и подземного) существенно колеблется даже в пределах одного пояса и одного материка или субматерика. Например, в тропическом поясе Африки на долю поверхностного стока приходится от 43 до 90%, в том же поясе Южной и Юго-Восточной Азии — в пределах 50—95%. Еще больше этот диапазон для Чили. В горных районах этой страны процент поверхностного стока, по имеющимся данным, достигает 84, а в межгорных котловинах Атакамы и на западных склонах Анд в пределах засушливой зоны, где поверхностный сток практически невозможен, его доля уменьшается до 5—20%, и почти весь речной сток, хотя и небольшой по абсолютным значениям, формируется за счет подземных вод. Велики также колебания доли поверхностного стока в субтропиках—45—95%, а также в умеренном поясе Европы—48—98% и т. д.
О физических процессах, обусловливающих размеры поверхностного стока, сказано выше. Но эти процессы протекают в различных географических условиях, влияющих на соотношение подземного и поверхностного стока. К ним прежде всего относятся общие условия увлажненности, по мере увеличения которой увеличивается питание подземных вод и питание ими рек. Мне уже неоднократно приходилось выступать в печати (Львович, 1962, 1963, 1971-6 и др.) о зональных закономерностях подземного стока. И в этой книге обращается внимание на это явление (см., например, раздел «Структурные и высотные интерполяционные зависимости» в гл. IV и раздел «Структурные зональные закономерности водного баланса» в настоящей главе). Но в природе существуют отклонения от этой общей закономерности, связанные с морфологическими условиями подземных вод и взаимосвязи их с реками. Нередко эти условия способствуют питанию рек подземными водами или ухудшению его. Примерами могут служить карст, флишевые предгорные области, многолетняя мерзлота, артезианские воды ниже уровня дренажа подземных вод .реками и тому подобные условия, о которых уже упоминалось выше. Питание рек поверхностными и подземными водами находится в тесной взаимосвязи, поэтому сказанное о подземных водах в той или иной мере относится и к поверхностному стоку. Поверхностный сток обладает рядом неблагоприятных для людей свойств. В начальной стадии развития гидрологического процесса, когда он формируется на склонах, стекающая вода смывает почву. Поверхностный сток — причина возникновения не только плоскостной эрозии, но и в ряде случаев линейной, так как поверхностный сток способствует образованию оврагов. Эти процессы ускоренной эрозии, чаще всего имеющие антропогенное происхождение, связаны с нерациональной обработкой почвы, с чрезмерным выпасом скота, уничтожением лесов и другими подобными причинами. Проблема эрозии и твердого стока подробнее освещена в специальном разделе гл. VI. Но нельзя не учитывать, что в условиях чрезмерной увлажненности и заболоченности поверхностному стоку принадлежит положительная роль, так как он является следствием естественного дренажа, что в районах избыточного увлажнения в той или иной мере уменьшает степень переувлажнения и заболоченности. При отсутствии этого элемента водного баланса в районах избыточного увлажнения заболоченность была бы большей. Правда, в условиях болот, особенно верховых торфяных, значительная часть поверхностного стока происходит не строго по поверхности, а внутри торфяного очеса и в этом в какой-то мере уподобляется грунтовым водам. Обстоятельные исследования этого процесса проводил известный советский гидролог К. Е. Иванов. В своей капитальной монографии «Основы гидрологии болот лесной зоны» (Иванов, 1957) и в ряде других произведений (Иванов,
1953-а, 1953-6) этот автор приводит результаты многочисленных экспериментов по изучению водного баланса и дает метод их расчетов. Сток на торфяных болотах, как отмечено, происходит в деятельном слое, подстилающим слоем которого служит разложившийся торф или инертный горизонт, содержащий большое количество неподвижной воды, связанной с органическими частицами торфа. Другой характер носит сток с низинных болот — ниже некоторого уровня он обусловлен водоотдачей из минеральных пород, т. е. по существу не отличается от грунтового стока. Все это говорит о том, что сток с болот не является в полном смысле поверхностным, поэтому его следует, по-видимому, называть болотным. Аналогом может служить почвенный сток, так что это явление не ограничивается болотами. Поверхностный сток принадлежит к числу элементов водного баланса, подвергаемых наиболее существенным преобразованиям в результате хозяйственных воздействий на почву. К числу таких воздействий относится земледелие, агролесомелиорация, лесомелиорация. Чрезвычайно важная общая закономерность этих воздействий заключается в том, что потери воды на поверхностный сток усиливаются в результате несовершенной обработки почвы, а это вызывает снижение продуктивности биомассы (фитомассы) на обрабатываемых почвах и на естественных угодьях. Рационализация хозяйственной деятельности и повышение продуктивности фитомассы в целом приводят к положительным результат а м — уменьшению поверхностного стока, а следовательно, и к уменьшению потерь воды для данной территории, что чрезвычайно важно для получения высоких урожаев и высокой продуктивности биомассы на естественных угодьях, требующих расходования большого количества воды на транспирацию. Благоустройство городов, увеличение площади, занятой домами и покрытой асфальтом, являются причинами повышения поверхностного стока и снижения интенсивности питания подземных вод, о чем было сказано выше. УВЛАЖНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ И ИСПАРЕНИЕ
Общее, или валовое, увлажнение территории W представляет собой весьма важный элемент экологии ландшафта. Напомню, что этот элемент водного баланса характеризует воду, которая сохраняется для данной территории, так как из него исключен поверхностный сток, т. е. вода, утрачиваемая этим ландшафтом. Лишь в зонах избыточного увлажнения при распространении болот и заболоченных земель расходование воды на поверхностный и подповерхностный сток, с которым связано уменьшение общего увлажнения территории в известных пределах (в многоводные годы), для людей представляет положительное явление.
Валовое увлажнение территории, как видно из системы уравнений водного баланса, приведенных в разделе «Система уравнений водного баланса» IV главы, имеет два источника расходования — испарение и подземный сток, который был охарактеризован в предыдущем разделе. Но следует учитывать, что валовое увлажнение территории не совсем точно соответствует расходу воды на инфильтрацию. Прежде всего это относится к озерным районам, где заметное количество воды испаряется с водной поверхности и вместе с тем часть озерных вод расходуется на питание подземных вод. Здесь полная аналогия с почвенной влагой, но все же в озерных районах валовое увлажнение W, определяемое по разности W = P — S , не вполне отвечает термину «годовая инфильтрация», поэтому я предпочел термин «валовое увлажнение территории», или «общее увлажнение территории», поскольку в это понятие входит не только расход воды на инфильтрацию, но и аккумуляция воды в озерах, болотах, в депрессиях рельефа (например, в западинах степей и полупустынь) и т. д. Таким образом, расход воды на инфильтрацию соответствует валовому увлажнению почвы в местах, лишенных озер. Поскольку элементы водного баланса определялись для рек, в бассейнах которых, как правило, отсутствуют более или менее крупные озера, постольку карта (рис. 25) преимущественно отражает величины, близкие к годовому расходу воды на инфильтрацию. Из сказанного следует, что валовое увлажнение территории в общем соответствует величинам ежегодно возобновляемых ресурсов почвенной влаги, включая в него расход осадков на смачивание дождевыми осадками крон деревьев и стеблей травянистой растительности и культурных растений. Эти две составные части увлажнения территории являются частями единого процесса, поскольку растительность представляет собой биологический элемент территории. Вместе с тем необходимо напомнить, что в данном исследовании не учтены поправки на показания осадкомеров, о чем было сказано в IV главе. Размеры этих погрешностей в общем виде соответствуют тем поправкам, которые нужно было бы внести в показания значений W на карте (рис. 25), чтобы получить представление о расходе воды на инфильтрацию в чистом виде, исключая расход воды на смачивание растений. Таким образом, в пределах точности метода, принятого для оценки валового увлажнения территории, можно считать, что с учетом поправок на показания осадкомеров карта (рис. 25) характеризует годовую инфильтрацию приближенно. Соответствие между величинами осадков, задерживаемых растениями и расходуемых на испарение, с одной стороны, и величинами поправок на показания осадкомеров.—с другой, носит случайный характер и определено приближенно. Но нужно отметить, что из всех шести элементов водного баланса, оцениваемых изложенным в гл. IV методом,
наименее точны данные об осадках. Особенно это относится к пересеченной местности, не говоря уже о крупных горных сооружениях, для которых достоверные данные об осадках в большинстве случаев отсутствуют. Приблизительно два десятилетия тому назад для оценки осадков в высокогорных районах использовались данные по речному стоку, наиболее репрезентативному среди элементов водного баланса. Речной сток и приближенно определенный коэффициент стока, обычно в высокогорных условиях близкий к 0,8—0,9, часто дают более достоверные сведения об осадках, чем определенные по осадкомерам. Этим приемом довольно широко пользуются в климатологии. Его использовал О. А. Дроздов при построении карт осадков мира. Все это говорит о том, что любые элементы водного баланса, вычисляемые по осадкам, а к ним относится валовое увлажнение территории и почвы (годовая инфильтрация), так же как и испарение, как уже отмечено, не могут рассматриваться как вполне точные. Они носят приближенный характер, но позволяют делать вполне обоснованные выводы для решения общих задач планирования использования ресурсов пресных вод, к которым относятся и ресурсы почвенной влаги, а также для решения вопросов, связанных с взаимодействием между элементами водного баланса. Напомню, что валовое увлажнение почвы служит ключом к раскрытию структуры водного баланса территории и оно широко мною используется для изучения зональных закономерностей водного баланса, для прогнозов его преобразований, а также для интерполяционных целей. При взгляде на карту валового увлажнения территории (почвы) видно, что этот элемент водного баланса распределяется по территории относительно более равномерно, чем речной сток и его составляющие (рис. 22—24) и чем испарение (рис. 26). Эта особенность связана с процессами формирования данного элемента баланса. В засушливых условиях осадки малы, но относительно еще меньше поверхностный сток, и в пределе валовое увлажнение почвы соответствует годовым осадкам. На севере умеренного пояса осадки больше, но еще более резко увеличивается поверхностный сток. В итоге различия между увлажнением почвы в сухих и влажных районах сглаживаются. Чрезвычайно велик поверхностный сток в экваториальном поясе, особенно в Южной Америке и в некоторых районах тропиков (например, в Юго-Восточной Азии, в Индонезии, восточной прибрежной полосе Австралии и Новой Зеландии). Это в еще большей мере сглаживает различия в величинах валового увлажнения территории влажных и сухих районов. Водный баланс трех пар бассейнов, приведенных в табл. 15, может служить иллюстрацией к сказанному. Они подобраны так, чтобы бассейны из каждой пары относились к разным географическим зонам, но имели бы близкие значения валового увлажнения территории. Для первой пары бассейнов валовое
Таблица 15 Примеры сглаживающего влияния поверхностного стока на валовое увлажнение территории Валовое увлажКоэфнение Испаре- фициповерх- терри- ние (Е) ент мм ност - тории ед ный (W), (S), мм мм
Речной сток Река
Страна, район
Ландшафт
Осадки (Р), полмм ный (R), мм
Пинега Чир
СССР СССР
Тайга Степь
725 500
320 44
256 35
469 465
405 456
0,14 0,02
Дунцзян
КНР
1 110
780
1 030
700
0,32
Вьоса
Балканы
Листопадновечнозеленый лес 1 810 Средиземноморский лес 1 435
689
427
1 008
746
0,26
400 19
367 17
333 333
300 331
0,10 0,006
Тембенчи Санта-Инес
СССР
Редколеснотундровый Калифор- Степь ния
700 350
увлажнение почти одинаково, но разница в осадках составляет 225 мм. Компенсация происходит за счет поверхностного стока, который на р. Пинеге на 221 мм больше, чем на р. Чир. Д л я второй пары водосборов с близкими значениями валового увлажнения, разность в осадках составляет приблизительно 400 мм. Это происходит за счет того, что поверхностный сток р. Дунцзян на 350 мм больше, чем р. Вьоса. Ярким примером указанной закономерности служит третья пара речных бассейнов, валовое увлажнение которых совпадает, а разница в осадках составляет 350 мм. На такую ж е величину поверхностный сток первой реки больше, чем второй. Эти примеры раскрывают причины более однородного распределения по территории валового увлажнения почвы в сравнении с речным стоком и его составляющими. Сглаживающее влияние сказывается и на испарении, но в меньшей мере, чем на валовом увлажнении. В экваториальном поясе Южной Америки (в бассейне Амазонки), в общем более увлажненном, чем территория в пределах этого же пояса Африки, валовое увлажнение территории превышает 1500 мм. Столь высокое увлажнение редко встречается на земном шаре и практически относится только к экваториальному
поясу: в Африке оно наблюдается на небольших пространствах в районе Гвинейского залива, в Азии—на крайнем юго-востоке (в Индокитае и на Малаккском полуострове), на части Японских островов, на островах Малайского архипелага и в Новой Зеландии. Преобладающие значения валового увлажнения территории в Европе и Северной Америке составляют 400—600 мм, а в горных районах увеличиваются до 1000 мм. Д л я северной половины Азии и севера Северной Америки характерны величины валового увлажнения в пределах 100—350 мм. Нужно отметить еще одну особенность валового увлажнения почвы, которую можно установить при сопоставлении близких значений, например, в экваториальном поясе и в горах. В первом случае испарение в общем значительно, и поэтому на питание подземных вод остается относительно мало почвенной влаги. Но в высокогорных районах испарение меньше, следствием чего является существенный расход почвенной влаги на питание подземных вод. Последний элемент водного баланса, рассматриваемый в этой главе,— испарение, распределение которого по территории представлено на рис. 26. Испарение определено, как это видно из раздела «Система уравнений водного баланса», гл. IV, по разности между осадками и полным стоком. Этот прием уже давно применяется в гидрологии и, несомненно, дает наиболее достоверные результаты. Тем не менее считать этот прием вполне совершенным нельзя: во-первых, из-за неточных данных об осадках, особенно в районах с пересеченным горным рельефом; вовторых, из-за отсутствия данных о речном стоке на значительных пространствах суши. Этот пробел восполняется с помощью интерполяционных кривых, составленных на основе структурных зональных кривых водного баланса. По этим причинам несколько снижается точность определения испарения. Но опыт показывает, что приемы определения испарения с суши, применяемые в метеорологии, дают еще менее достоверные результаты. Причина кроется в том, что некоторые из этих приемов не учитывают почвенного фактора — инфильтрационной и водоудерживающей ее способности. Помимо сказанного о роли инфильтрационной и водоудерживающей способности почвы в формировании водного баланса и его элемента — испарения необходимо учитывать еще целый ряд других факторов, существенно влияющих на испарение с почвы. К ним относятся: сезонные колебания увлажнения почвы, уровень грунтовых вод относительно поверхности, характер растительности, обработка почвы и вообще использование территории, например для выпаса скота и др. Все эти факторы, более или менее независимые от метеорологических условий, существенно влияют на испарение воды с данной территории. Так, повышение уровня грунтовых вод со 190 до 90 см на лугу,, как показали многолетние исследования на хорошо оборудо-
ванных лизиметрах на Валдае, увеличивает расход воды на испарение с 454 до 603 мм, т. е. на 33% (Константинов, 1963). В некоторых же условиях, особенно в увлажненных районах, уровень грунтовых вод колеблется в больших пределах — то приближается к поверхности, то удаляется от нее. Еще пример: по данным того же автора, испарение с близко расположенных одно от другого полей, занятых разными культурами, колеблется в разные годы в довольно больших пределах — от 60 до 125 мм. Такое различие вполне естественно, если учесть, что различные культуры расходуют неодинаковое количество воды на транспирацию, в зависимости от глубины проникновения корневых систем. В настоящее время еще не существует независимых от гидрологических данных приемов расчетов испарения, которые учитывали бы все основные влияющие на него факторы, принимая во внимание, что в различных зонах и ландшафтах значимость отдельных из них не остается постоянной. Поэтому универсальные расчетные методы для оценки испарения, по всей вероятности, вряд ли возможны для всей суши в целом. Этих принципиальных недочетов лишен гидрологический метод. Данные о речном стоке интегрируют совокупность всех факторов, влияющих на испарение, в том числе и тех, которые трудно учесть в расчетных приемах определения испарения с суши. Вот почему следует предпочесть прием разностей: осадки минус речной сток. Что касается указанных выше недостатков этого приема, то неточность данных об осадках в полной мере относится к расчетным методам. Отсутствие же данных непосредственных наблюдений за речным стоком по некоторым частям суши восполняется интерполяционными методами, основанными на зональном принципе, которые дают ошибки, вероятно, меньше, чем расчетные методы. Но зато по районам, для которых такие данные имеются, если решать задачу гидрологическим методом, мы получаем более надежное представление, чем если решать эту задачу с помощью расчетных метеорологических методов. Применение гидрологического и расчетного методов для больших территорий (например, для крупных стран, континентов и субконтинентов) дает в общем близкие результаты, и их обоснованность, по всей вероятности, равноценна. Но для отдельных небольших территорий гидрологический метод по указанным причинам более надежен. Из всего сказанного о факторах, влияющих на испарение с суши, должно быть очевидно, что этот элемент баланса суши является результатом совокупного воздействия комплекса природных и отчасти антропогенных условий. Первое место среди них, конечно, занимают влага и тепло как основные компоненты процесса испарения. Но почве, растительности, отчасти геологическим условиям также принадлежит большая роль.
Нижний предел испарения, который принят для карты на рис. 26, менее 100 мм. Практически этот элемент уменьшается до нескольких миллиметров в Атакаме, Сахаре, в прибрежной части Калахари и в пустыне Такла-Макан в Центральной Азии. Если количество осадков составляет в сухих зонах умеренного пояса приблизительно 200—300 мм, то речной сток очень мал, поэтому все осадки практически испаряются. Лишь в периоды отдельных интенсивных дождей или чаще при снеготаянии, например в степном Казахстане, образуется сток. С увеличением количества осадков разница между ними и испарением все больше возрастает на величину полного речного стока, который в общем также увеличивается за счет осадков. В самом общем виде районы с наиболее высоким испарением соответствуют районам высокого стока, но соотношение этих элементов водного баланса существенно колеблется в зависимости от многих условий. Так, д а ж е в пределах одного экваториального пояса это соотношение меняется на двух континентах. В бассейне Амазонки испарение приблизительно соответствует речному стоку или немного больше, а в менее увлажненных условиях бассейна Конго испарение в 2—3 раза больше речного стока. В тропическом поясе коэффициенты стока чаще всего колеблются в пределах 0,2—0,5, иногда бывают несколько меньше, отсюда ясно и соотношение стока и испарения. В субтропиках и на юге умеренного пояса, особенно в континентальных районах Европейской части СССР и Сибири, коэффициенты стока, как правило, меньше 0,2, а иногда снижаются до сотых долей. Это, понятно, свидетельствует о том, что испарение в несколько раз, а иногда в десятки раз больше речного стока. Но в восточноприокеанических влажных субтропиках, в приморских районах умеренного пояса и в его северных районах они снова повышаются до пределов 0,2—0,5, а в Субарктике — до 0,3—0,7. Эти цифры характеризуют и испарение, которое в целом уменьшается от экваториального пояса к субтропическому, затем возрастает в приморских частях умеренного пояса и достигает чрезвычайно малых значений в континентальной части Центральной Азии вследствие малого количества осадков, потом снова возрастает к северу по мере увеличения осадков, а в Субарктике снижается из-за недостатка тепла. Что касается поправок на испарение за счет недоучета осадков измерительными приборами, то для тундры они, по-видимому, составляют 20—25%, для лесной зоны умеренного пояса — 15—20%, а для тропического и экваториального поясов уменьшаются до 5—10%. Все, что сказано об элементах водного баланса в этой главе, относится к равнинам или невысоким горам. В горных условиях закономерности распределения элементов водного баланса характеризуются своими особенностями, о которых сказано в следующем разделе. 6 — 4897
161
ОСОБЕННОСТИ ВОДНОГО БАЛАНСА ГОРНЫХ РАЙОНОВ
В главе IV были рассмотрены некоторые особенности водного баланса горных районов и приведены кривые зависимости его элементов от высоты над уровнем моря для горных сооружений СССР, а также для Южных и Восточных Карпат (в пределах Румынии), Балкан и Альп в связи с необходимостью применения интерполяционных приемов для построения более или менее подробных карт. Такая необходимость вызвана тем, что, как бы подробно ни была изучена гидрология горного сооружения, имеющихся данных всегда бывает недостаточно, чтобы непосредственно на их основании картографировать сток и другие элементы водного баланса. В связи с закономерностями географической зональности, высотной поясности, экранирующей роли гор на атмосферные осадки и влажность воздуха, о чем упоминалось выше, а также под влиянием некоторых морфологических особенностей рельефа распределение элементов водного баланса по территории чрезвычайно усложняется. По этой причине интерполяционным зависимостям элементов водного баланса от высоты принадлежит большая роль: они обогащают представления о речном стоке и о других элементах баланса в горах. Насколько плодотворным оказался прием построения порайонных высотных зависимостей речного стока и других элементов водного баланса, показано в гл. IV. Там же приведены такие зависимости для ряда горных сооружений. С их помощью построены наиболее подробные карты стока для многих горных районов. В данном разделе охарактеризованы некоторые особенности водного баланса горных районов. Более подробный анализ, основанный на высотных зависимостях, возможен для Альп, Карпат, Урала, Кавказа, гор Средней Азии, Алтая, отчасти для Анд. Д л я других крупных горных массивов — Скалистых гор и Гималаев — я вынужден ограничиться отдельными замечаниями. Основная особенность водного баланса горных районов состоит в том, что в их пределах водный баланс приобретает черты, отличающиеся от тех закономерностей, которые свойственны равнинным областям. Конечно, и в горах проявляются черты широтной географической зональности, но в условиях гор они приобретают свои характерные особенности. В горах чаще всего сочетаются закономерности широтной зональности и высотной поясности, причем роль первых удается выявить с помощью высотных зональных зависимостей. Особенно ярко это видно на примерах Урала и Кавказа. Рассмотрим кратко причины влияния рельефа на водный баланс. За исключением отдельных случаев, с высотой улучшаются условия конденсации атмосферной влаги, - понижается
температура воздуха, до определенной высоты увеличиваются осадки, меняются почвы и растительность, уменьшается испарение, возрастает речной сток, увеличивается валовое увлажнение территории и улучшаются условия питания подземных вод, чему еще часто способствуют геологические и геоморфологические особенности горных систем, в частности распространение коллювиальных и ледниковых отложений, вулканических горных пород. Большую роль горы играют в экранировании осадков и влагоносных воздушных циркуляций, вследствие чего склоны различных экспозиций, межгорные котловины и долины по степени увлажненности отличаются друг от друга. Оледенение с ледниковыми, снежными и фирновыми бассейнами, ледниками, сползающими часто далеко за пределы снеговой линии, вносит коренные изменения в ход процессов формирования стока и водного баланса. Ледникам. и многолетним снегам принадлежит чрезвычайно большая роль. В них часто аккумулированы огромные запасы воды (льда), служащие регуляторами речного стока. Хозяйственная роль их велика: в маловодные годы таяние ледников и высокогорных снегов компенсирует недостаток воды в реках. На протяжении нескольких километров по высоте и нескольких десятков километров по горизонтали в горных сооружениях происходит смена всех ландшафтов. Например, на южном склоне Кавказа — от субтропиков Черноморского побережья до хвойных лесов, альпийских лугов, наконец, до пояса оледенения. Одним словом, с высотой изменяется весь комплекс ландшафтных условий, а вместе с ними меняются и условия увлажненности, соотношение между элементами водного баланса. Аналогичные изменения ландшафтов под влиянием широтной зональности происходят на протяжении тысяч километров. Эти особенности, как уже сказано, практически удается выразить путем построения зависимостей речного стока и других элементов водного баланса от высоты над уровнем моря. Закономерности высотной поясности речного стока выражены обычно настолько ярко, что перекрывают влияние широтной зональности. Последнее можно выявить в горах лишь путем сравнения величин стока разных районов, но для одних и тех же высот над уровнем моря. Такой метод сравнения, позволяющий приближенно элиминировать влияние высоты над уровнем моря на речной сток, применен для Кавказа, Урала и Алтая. Но предварительно остановимся на некоторых особенностях распределения стока и других элементов водного баланса в пределах горных речных бассейнов. Прежде всего необходимо иметь в виду, что данные по речному стоку, относящиеся ко всей площади речного бассейна, отличаются излишней репрезентативностью в противовес недостаточной репрезентативности метеорологических наблюдений в точке, В равнинных районах гидрологические данные нередко характеризуют сток с водо6*
163
сборов площадью в десятки тысяч квадратных километров. В таких условиях необходимо установить закономерности распределения стока в пределах речного бассейна. С этой целью используются данные о стоке по притокам реки и учитывается характер распределения по территории факторов, влияющих на сток. В горных районах, как уже отмечено, к основным факторам речного стока относится рельеф, влияние которого учитывается на основании зависимостей стока от высоты. Но при использовании данных о средней высоте речных бассейнов неизбежна некоторая условность, которую можно проиллюстрировать на следующем примере. Два речных бассейна имеют одинаковую среднюю высоту, например 2500 м, но на первом из них амплитуда высот достигает 3000 м и высоты колеблются в пределах от 1000 до 4000 м, а на втором амплитуда высот невелика и колеблется в пределах от 2000 до 3000 м. Генетические условия речного стока, а следовательно, условия питания рек, часто и величина стока этих двух рек могут быть различны, хотя средняя высота их бассейнов одинакова. Так, первая из этих рек получает питание в нивальной зоне, и значительную долю в ее стоке занимает ледниковое и высокогорное снеговое питание. На второй ж е реке этот источник питания отсутствует, и сток формируется в основном за счет таяния сезонных снегов и дождей. Для того чтобы учесть эту особенность, JI. А. Владимиров (1958) предложил понятие вертикальной протяженности речных бассейнов. Другая особенность кривых зависимостей стока от высоты — порайонный их характер, благодаря чему учитываются упомянутые выше условия экспозиции склонов и экранирования осадков горами, а также влияние широтной зональности. Все сказанное относится к любым элементам водного баланса; которые мы устанавливаем для речных бассейнов. Исключение представляют атмосферные осадки, измеряемые в точке, и именно в горах обладающие крайне незначительной репрезентативностью. К этому нужно добавить, что сеть дождемерных станций в горах, особенно в высокогорном поясе, весьма мала, и по существу чаще всего мы не имеем полного представления о распределении атмосферных осадков в горах. Более или менее правдоподобную картину об осадках в высокогорном поясе дают данные о стоке. Так, после того как были установлены на южном склоне центральной части Большого Кавказа величины годового стока более 2500 мм, стало ясно, что в этом районе, поскольку коэффициент стока приблизительно равен 0,8, осадков выпадает более 3000'.лш, а в отдельных местах бассейна р. Кодори, вероятно, до 4500 и даже до 5000 мм. Впрочем, к оценке атмосферных осадков высокогорного пояса на основании данных о речном стоке, принимая наиболее вероятный коэффициент стока,.,<дледует , подходить .осторожно,
так как процесс формирования стока усложняется лавинным перемещением снега. Это в большей мере может относиться к небольшим речным водосборам лавинного пояса. Так, простой расчет показывает, что одна лавина объемом 120—150 тыс. ж3, а лавины такого объема представляют собой нередкое явление, может дать прибавку стока около 50 мм. Д л я Альп первая зависимость стока, осадков и испарения от высоты над уровнем моря была установлена В. Г. Шпильманом в пределах верхнего течения p. Аар (Spillman, 1936). В Институте географии АН СССР (Черногаева, 1971) сделана попытка получить такие зависимости для всего альпийского горного сооружения. Несмотря на схематичность результатов этого исследования, связанную с недостаточным объемом исходных данных и не лишенным условности делением Альп на пять районов, получены интересные результаты. Во-первых, осадки, полный и поверхностный сток, в который включен и ледниковый, во всех районах Альп увеличиваются с высотой (см. рис. 20 на стр. 108). Исключение представляют осадки для западных и южных Альп, устойчивые приблизительно до высоты 1500 м, а выше их количество уменьшается. Возможно, что это характерно для сектора Альп, находящегося под влиянием средиземноморских циркуляций, но полученные результаты не внушают полной уверенности в точности. Во-вторых, подземный сток во всех районах до некоторой высоты возрастает, а приблизительно с высоты 1800—2200 м постепенно уменьшается. Эта закономерность характерна для распределения подземного стока и на других горных сооружениях: в предгорных областях, где бассейны, питающие подземные воды, достигают значительных размеров и где расходование воды на питание подземных вод наиболее благоприятно из-за малого испарения, подземный сток достигает наибольших значений. Выше же указанных высот подземный сток уменьшается вследствие уменьшения площади бассейнов, питающих подземные горизонты. В пределе — на водоразделах — он близок к нулю. Ниже пояса максимального подземного стока его уменьшение зависит от соотношения питания подземных вод и испарения. Последнее растет по мере увеличения тепловых ресурсов, в результате чего снижается питание подземных вод. Но в целом подземный сток подвержен наименьшим изменениям с высотой. Для Альп его колебания лежат в пределах 150—500 мм; для отдельных районов, например для Ьго,—в пределах 150—350 м.и, для 5-го — в пределах 200—400 мм и т. п. В то же время поверхностный сток для 5-го района с высотой увеличивается от 200 до 1000 мм. Это, разумеется, схема, которая усложняется морфологией подземных вод и условиями дренирования их долинами рек. В-третьих, испарение и валовое увлажнение территории в общем уменьшаются с высотой, начиная с 600—800 м. Ниже этих
высот на местности, прилегающей к южным Альпам, испарение уменьшается в связи со снижением осадков*—тепловые ресурсы здесь способны испарить значительно большее количество влаги. Для валового увлажнения характерна сравнительная устойчивость до высот 1600— 2400 м (для разных районов), а выше оно довольно резко уменьшается — с 800—1100 до 400 мм на высотах от 2200 до 3000 м. Напомним, что здесь высота характеризует среднюю взвешенную высоту речного бассейна с большим диапазоном отметок вплоть до нивального пояса. Закономерности элешШтов водного баланса от высоты в румынском секторе Карпат характеризуют зависимости 17—18 (стр. 106). На рис. 17 веерообразная серия кривых свидетельствует об увеличении диапазона подземного стока (это относится также и к полному, и к поверхностному стоку) с увеличением высоты. Это в какой-то мере относится и к валовому увлажнению территории (рис. 18). Но испарение на высотах более 600 м в пределах точности метода характеризуется одной кривой, а ниж е — четырьмя кривыми, отвечающими условиям северо-запада, юга и востока Румынии. Автор этого исследования (Ujvari, 1959, 1972) не выделяет районы, к каждому из которых относится отдельная зависимость. Каждая из зависимостей относится к нескольким небольшим районам, не составляющим единой территории. Д. Лэзэреску и И. Панаит («Monografia geografica», 1960) в период совместных советско-румынских географических исследований применили принцип единства районов. Однако результаты исследования И. Уйвари в общем мало отличаются от результатов, опубликованных в указанной монографии. Интересно, что эти зависимости позволили установить весьма сложную картину распределения стока и других элементов водного баланса в Карпатах. Каждая из крупных речных долии и каждый водораздел характеризуются показателями" водного баланса, отличающимися от окружающей местности. В наиболее высокой части Южных Карпат коэффициенты питания рек подземными водами превышают 0,8, максимальные значения: подземного стока достигают 400 мм, а полного стока -—свыше 1000 мм. У подножия этой части Карпат соответствующие значения равны 0,2, 20 и 100 мм. В целом для Карпат характерно увеличение увлажненности с востока на запад. Так, на высоте 1000 м в Восточных Карпатах подземный сток составляет около 100 мм, а в западной части Южных Карпат — почти 250 мм. Коэффициенты полного речного стока на этой же высоте соответственно равны 0,35 и 0,6, испарение—около 500 и 430 мм, а атмосферные осадки — 800 и 1100 мм. Эта закономерность связана с некоторым ослаблением континентальности и усилением средиземноморских влияний в Западных Карпатах. Определенное значение имеет также экранирующее влияние гор на осадки в Восточных Карпатах.
В болгарском секторе Балкан приблизительно Уз территории занимают ropbi, а 2/з — межгорные котловины, предгорья, холмы и низменности. Обстоятельное изучение водного баланса Балкан проводилось при совместных советско-болгарских исследованиях во второй половине 50-х годов («География на България», 1966). Автор этих строк, участвуя в указанных исследованиях, на основании высотных зависимостей сезонного стока установил сферы климатических влияний на водный режим рек Болгарии. Средиземноморские климатические влияния распространяются на юг страны, причем это выражается в преобладании зимнего стока на реках со средней высотой речных бассейнов до 1000 м. На больших высотах значительное количество зимних осадков, характерных для Средиземноморья, ^выпадает в виде снега, поэтому преобладает весенний сток. Для зоны континентальных влияний характерно устойчивое преобладание весеннего стока при диапазоне высот до 2200 м. На больших высотах таяние снега происходит летом, поэтому превалирует летний сток. Малый летний сток объясняется не столько тем, что в течение этого сезона выпадает намного меньше осадков, а главным образом тем, что в это время года увеличивается расходование воды на испарение. Но на высотах более 1200 м преобладание весеннего стока связано также с таянием снежного покрова. На основании высотных структурных зависимостей водного баланса (см. рис. 19 на стр. 107) выделены два типа водного баланса Болгарии. Первый тип водного режима относится к Стара-Планине, Пирину, Восточным Родопам и Страндже. Этот преимущественно горный и полугорный тип баланса характерен для хорошо увлажненных районов. Он отличается относительно более низким валовым увлажнением территории и испарением при большем полном и подземном стоке. Д л я такого водного баланса, характеризуемого также повышенным поверхностным стоком, типичны высокие паводки и интенсивная эрозия. Второй тип водного баланса отличается относительно большими значениями валового увлажнения и испарения, что является следствием высокой инфильтрационной способности почвы. Он типичен для Фракийской низменности, Дунайской холмистой равнины и для некоторых западных котловин, включая Софийскую и Ихтиманскую, а также для лесистых Западных Родоп. Второй тип водного баланса более благоприятен для использования водных ресурсов. Почвы усваивают больше осадков, поэтому паводки здесь более умеренны, ресурсы почвенной влаги способствуют плодородию почв, эрозионные процессы ослаблены. Этот пример лишний раз свидетельствует о том, что метод водного баланса позволяет раскрыть некоторые гидрологические закономерности и особенности, которые нельзя обнаружить другими способами. На Кавказе, который принадлежит к числу наиболее изученных в гидрологическом отношении горных сооружений, исследо-
вания стока и других элементов водного баланса позволили не только получить весьма детальные воднобалансовые карты, имеющие большое практическое значение, но и раскрыть некоторые закономерности, необходимые для познания теории гидрологических процессов в горах. На основании 79 зависимостей стока от высоты в разных районах (Владимиров, 1962; Владимиров и Гвахария, 1964) установлена общая для Кавказа закономерность — уменьшение речного стока на одних и тех же высотах с запада на восток. Эта закономерность ярко выражена на северном склоне Большого Кавказа, где, следуя от бассейна Лабы до бассейна Самура, речной сток уменьшается: на высоте 1000 м — более чем в 4 раза, а на высоте 2000 м — в 6 с лишним раз. На южном склоне картина более сложна: сток увеличивается с запада на восток (до зоны наибольшего оледенения) почти в 10 раз на высоте 1000 м и в 5 раз — на высоте 2000 м и выше. Восточнее зоны наибольшего оледенения сток для соответствующих высот столь же резко уменьшается. На юго-западе Кавказа, в пределах Аджаро^-Имеретинского хребта, по мере удаления от Черного моря речной сток очень резко уменьшается, причем в его восточной части максимум стока (1300 мм) наблюдается на высоте около 1500—1700 м, а выше он уменьшается. В верхнем течении Куры на Триалетском хребте, находящемся в еще более континентальных условиях, сток в десятки раз меньше, чем на Аджаро-Имеретинском. Еще больше он уменьшается к востоку. В Талышских горах влияние засушливости Прикаспия сказывается на уровне моря, где сток падает до нуля, и на наибольших высотах, где его величина не превышает 50 мм, а на северо-восточном склоне, обращенном к Каспию, в пределах высот около 500—900 м, полный речной сток превышает 500 мм. В этом поясе происходит конденсация влаги, испарившейся с Каспийского моря. Наибольшие градиенты стока на северном склоне Большого Кавказа характерны для пояса в пределах приблизительно 2000—3000 м. В этом поясе на западе сток увеличивается на 100—125 мм на каждые 100 м высоты, а на востоке — на 50—60 мм. Выше этого пояса градиенты стока уменьшаются. На западе и востоке южного склона наибольшие градиенты стока (порядка 50—100 мм на 100 м высоты), как и на северном, наблюдаются в пределах пояса 2000—3000 м. Но в центральной части Кавказа пояс наибольших градиентов стока перемещается вниз. Так, в бассейне Хоби в пределах 1000 м над уровнем моря градиенты достигают почти 200 мм на каждые 100 м высоты. Выше 1000 м градиенты значительно меньше, а на высотах более 2500 м они уменьшаются до 35 мм на каждые 100 м. Имеющиеся фактические данные по речному стоку Большого Кавказа, как правило, относятся к бассейнам со средней взвешенной высотой до 3000 м, в отдельных случаях — до 4000 м. В пределах этих высот на Большом Кавказе сток увеличивается
с высотой, и характерных случаев уменьшения стока с высотой не обнаружено. Такое уменьшение весьма возможно на высотах более 4000 м, главным образом в пределах нивального пояса. Практически это может относиться к небольшой по площади части Большого Кавказа. Явление уменьшения стока с высотой более характерно для приморских частей Малого Кавказа. Интересны результаты исследования, проведенного аспирантом автора Р. М. Кашкай (1966, 1973) для Большого Кавказа в пределах Азербайджана. Имеющиеся данные по южному склону Большого Кавказа позволили проследить распределение элементов одного баланса только до высоты 2000 м, а для северного— до высоты 2800 м. Тем не менее и такой неполный материал позволяет уловить некоторые закономерности высотной поясности элементов водного баланса. Основные из них в восточной части Большого Кавказа следующие. Градиенты осадков с высотой несколько уменьшаются, о полном стоке в связи с высотой мы говорили выше. Чрезвычайно интересно, что подземный сток, так же как и остальные элементы водного баланса, подчиняется закономерностям высотной поясности. Это ж е относится и к коэффициентам питания рек подземными водами, что лишний раз подтверждает вывод о том, что лишь исключительные отклонения геологического строения и литологии могут нарушить закономерности широтной зональности и высотной поясности подземного стока в реки. Испарение достигает наибольших значений на южном склоне — 680 мм на высоте 850 м, а на северо-восточном — 400 мм на высоте около 1100—1200 м. Ниже пояса наибольшего испарения оно уменьшается в основном в связи со снижением атмосферных осадков (больше нечему испаряться), а выше этого пояса испарение уменьшается из-за недостатка тепла. Впрочем, влияние метеорологических факторов на испарение не проявляется в чистом виде, так как оно одновременно зависит и от инфильтрационной и водоудерживающей способности почвы. Максимум валового увлажнения территории (800 мм на южном склоне и 400 мм на северо-восточном) приурочен к несколько большим высотам, чем максимум испарения, в основном к лесному поясу, что является отражением гидрологических свойств почвенного покрова. На рис. 28 приведены полученные Р. М. Кашкай зависимости подземного стока и испарения от валового увлажнения территории, характеризующие закономерности высотной поясности водного баланса. Это свидетельствует о том, что принципиальный подход к анализу географических закономерностей водного баланса для условий широтной зональности и высотной поясности имеет много общих черт. Первую карту подземного стока Кавказа составила Н. Н. Дрейер (1966, «Водный баланс СССР..:», 1969), использовав для этой цели полученные ею же 14 высотных зависимостей этого элемента водного баланса (в % от полного стока) (рис. 13
Е.Цмм 1000 .'
/
800
/!
>
/ •
600
t
.X
. f t ' ' У' А 400
y i / / /
200
/
.У"
.У
f t
А JyF
/7 /
•
у
у г
J
А
А У
л
У
У
У
,У
о у -х
200
А^У^ УА /
'4( КГ
""" 600
•
800
°
1000
Рис. 28. Закономерности высотной поясности водного баланса Большого Кавказа в пределах Азербайджана. Структурные зависимости подземного стока U и испарения Е от валового увлажнения территории W 1 — пояс альпийских лугов, II —лесной пояс, III — лесостепной пояс, IV — степной пояс
на стр. 103). Большая часть этих зависимостей показывает, что наивысший процент подземного стока относится к высотам 1200—2000 м. Выше и ниже этого пояса доля подземного стока в полном стоке уменьшается. Другая характерная особенность— увеличение процента подземного стока с запада на Восток и смещение максимального подземного стока на южный склон Большого Кавказа. Обстоятельные исследования водного баланса Большого Кавказа, проведенные JI. А. Владимировым (1970), подтвердили указанные общие закономерности в распределении подземного стока. Карта этого элемента водного баланса в миллиметрах слоя дана Л . А. Владимировым не в изолиниях, а в виде мозаики по площадям, и лишь относительные его значения (в % от полного) показаны изолиниями. Эти карты весьма интересны главным образом тем, что при их составлении детально учтены геологический и геоморфологический факторы. Принято во внимание влияние на подземный сток вулканических пород и карста, учтены случаи перехвата подземного стока другими речными бассейнами и места выхода в русла рек сосредоточенного подземного питания. В труде этого автора сделан также подробный анализ и расчеты высокогорного снежно-ледникового питания рек. Показано, например, что в Грузии ледниковый
сток при средних высотах речных бассейнов в 2000 м колеблется приблизительно в пределах 10—25%, а при высотах в 3000 м — в пределах 25—35% полного стока. Располагая данными о стоке ледникового и высокогорного снегового происхождения и зная площади оледенения, JI. А. Владимиров получил чрезвычайно интересную зависимость слоя стаивания снега и льда от высоты линии фирна. При ее высоте около 3500 м стаивание составляет 1500—2500 мм, а при высоте 2900—3000 л*—6000—7000 мм. Эти данные показывают, насколько велико влияние высокогорного снежно-ледникового питания на режим речного стока в условиях Большого Кавказа. Для Кавказа чрезвычайно характерно обильное питание подземных вод конусов выноса, распространенных при выходе рек из гор. В целом генезис и режим речного стока Кавказа благодаря применению воднобалансового метода принадлежат к числу наиболее изученных. Такие потенциальные возможности, несомненно, имеются для Альп и Скалистых гор, но для этого необходимо обобщение материалов, их соответствующая обработка и анализ. Подробные исследования режима стока рек Урала провел В. Д. Быков (1963), широко использовавший высотные зависимости речного стока в целях изучения его географических закономерностей на Урале. Уральский хребет благодаря большой протяженности почти в меридиональном направлении представляет собой чрезвычайно интересный объект для изучения сочетания закономерностей широтной географической зональности с высотной поясностью речного стока и водного баланса. Для этой цели мы воспользуемся кривыми зависимостей элементов водного баланса от высоты для 27 речных бассейнов (рис. 16 на стр. 106), построенными Л. И. Зерновой и И. А. Клюкановой. Полный речной сток под влиянием зональных факторов на высоте 200 м составляет примерно следующие величины: 50 мм на Южном Урале (восточный склон), 100 мм. иг Среднем, 250 мм на Северном и 400 мм на Полярном; соответствующие величины на высоте 500 м: около 100 мм, 500—600 мм, около 700 мм (для Полярного Урала сведений нет). Следовательно, изменение стока зонального происхождения на всем протяжении от Южного до Северного Урала ограничивается пределами 350 мм на высоте 200 м и возрастает больше чем на 600 мм на высоте 500 м. Соответствующие данные для поверхностного (паводочного) стока: около 170 мм на высоте 200 м и 470 мм на высоте 500 м. Интересно сопоставить интенсивность изменений полного речного стока под влиянием факторов широтной зональности и высотной поясности. Повышение речного стока от Южного к Полярному Уралу, т. е. на протяжении 2000 км, на высоте 200 м составляет, как уже отмечено, 350 мм. Это свидетельствует о медленном изменении стока под влиянием широтной зонально-
сти. Гораздо интенсивнее меняется сток под влиянием высотной поясности. На Северном Урале уже на высоте 200—250 м сток увеличивается на эту же величину — 350 мм; на Среднем Урал е — на высоте 300—350 м. Разница по высоте .над уровнем моря в 200—300 м дает примерно такой же эффект, как расстояние в 2000 км по меридиану. Влияние высотной поясности на четыре порядка интенсивнее. Кривые зависимостей испарения от высоты служат ключом к раскрытию и закономерностей широтной зональности в распределении по территории этого элемента водного баланса. Если на высоте 300 м на Полярном Урале испарение достигает наименьших значений — около 120 мм, то на Северном Урале.— 250 мм, на Среднем — 270—290 мм, на Южном (исключая восточный склон) — около 360 мм. Таким образом, на протяжении более 2000 км под влиянием зональных факторов расход воды на испарение с севера на юг уменьшается на 240 мм. Уменьшение испарения в таких ж е размерах происходит под влиянием высотной поясности при изменении высоты над уровнем моря в пределах 200—300 м. Это лишний раз подчеркивает, насколько значительнее влияние на водный баланс высотной поясности в сравнении с широтной зональностью. Поднявшись на 200—300 м по склону Уральского хребта, мы наблюдаем изменения испарения такого ж е порядка, как и пройдя вдоль меридиана путь протяжением в 2000 км. Изучением стока горной части Средней Азии успешно занимались В. J1. Шульц (1964, 1965), составивший первую подробную карту распределения стока в пределах этой территории, и И. Д. Цигельная («Водный баланс СССР...», 1969), построившая первые карты подземного и поверхностного стока на основании расчленения гидрографов для 120 створов. Выделив 21 район, И. Д. Цигельная получила для каждого из них зависимости подземного стока от высоты водосборов. Во всех районах, кроме бассейна Вахша и юго-восточной части бассейна оз. Иссык-Куль, подземный сток растет с высотой (до 3000—3500 м). Для более высоких водосборов данные имеются лишь по южной части бассейна Сырдарьи. Увеличивается с высотой (до нивального пояса) также и процент подземного стока от полного. О. П. Щеглова (1960) установила почти единую для горной части Средней Азии зависимость доли ледникового питания в речном стоке. При высотах около 2000 м она составляет менее 10% и до высоты около 3300—3500 м нарастает медленно и едва достигает 20%, но на высотах в пределах от 3500 до 4000 м вырастает с 20 до 50%. Уменьшение полного стока и его составляющих для одних и тех же высот происходит с севера на юг и с запада на восток, что связано с усилением условий континентальности, которая сочетается с экранирующей ролью горных хребтов. Так, на Памире в пределах его западной, наиболее увлажненной части на высоте 4200 м поверхностный сток меньше 100 мм, а на Алай-
ском хребте и западе Киргизского на высоте 3000 м поверхностный сток в 8—9 раз больше. Это не удивительно, если учесть, что северная и западная антлантические циркуляции воздуха, прежде чем достигнуть Памира, должны пересечь большое число высоких горных хребтов, на которых конденсируется основная масса атмосферной влаги. В предгорьях Средней Азии, так ж е как и во многих других горных районах, распространены реки преимущественно подземного питания. Это ощущается более явно в тех районах, где к горам примыкают засушливые территории, как это имеет место в Средней Азии. Происхождение таких рек связано с флишевыми легко проницаемыми горными породами, в пределах которых благоприятны условия для интенсивного питания подземных вод, а также с конусами вынос^,-очень мощными при выходе рек из гор. Конусы выноса сложены легко- проницаемыми аллювиальными отложениями, поэтому вода из речных русел частично расходуется на питание подземных вод в этих образованиях. Этот процесс усиливается орошаемым земледелием, наиболее древним в пределах конусов выноса. При орошении часть воды расходуется на питание подземных вод. В итоге в нижней части конусов выноса появляются выходы подземных вод, дающие начало своеобразным рекам — карасу (черная вода). Д л я Алтая балансовый подход в исследованиях закономерностей высотной гидрологической поясности был применен Е. И. Куприяновой («Водный баланс СССР...», 1969). Высотные зависимости, полученные для пяти районов Алтая, послужили основой для составления подробных карт полного стока и его элементов. Эти зависимости служат также ключом к раскрытию закономерностей широтной зональности при одновременном экранирующем влиянии самого горного сооружения. Это хорошо видно из данных табл. 16, составленной на основании высотных зависимостей, помещенных на рис. 15 (см. стр. 105). Эта таблица показывает, что на Алтае степень засушливости, так ж е как и в Средней Азии, усиливается с запада на восток и с севера на юг. Здесь сказывается влияние континентальностн, роль которой еще более усиливается под влиянием экранирующего действия самого горного сооружения. Горы Центральной Азии — Монгольского Алтая, Восточного Тянь-Шаня, Куньлуня—еще суше, чем Восточный Алтай и горы Средней Азии Советского Союза. Речной сток на них образуется обычно на высотах более 2000 м, а территория выше этой отметки занимает менее 30%. Однако интенсивное формирование речного стока происходит-на разных уровнях: в Монгольском Алтае выше 1000 м, в Тянь-Шане выше 1500 м, в Гобийском Алтае и в Западном Куньлуне выше 2000—2500 м, а в наиболее засушливых горных территориях — в Восточном Куньлуне и в Западном Нанынане — даже на высотах более 3000—4000 м. Н. Т. Кузнецов (1968) построил для Центральной Азии первые
Таблица 16
Особенности высотной поясности речного- стока и его составляющих на Алтае Высота над уровнем моря, на которой наблюдаются следующие значения Район
Западный Алтай Северный Алтай Центральный Алтай Южный Алтай Восточный Алтай
400 мм полного стока
100 мм подземного стока
750 1 200 I 750 2 000 2 400
(500) 1050 1 600 1 800 2 400
200 мм поверхностного стока
800 1 000 1 700 2 000 2 300
зависимости речного стока от высоты. Д л я зарубежной части Тянь-Шаня они приведены на рис. 29, причем районы, на которые распространяется к а ж д а я из этих кривых, установлены мною приблизительно в соответствии с районами, показанными Н. Т. Кузнецовым на опубликованной им карте. Кривые 1 и 4 на рис. 29 относятся к районам наибольшего оледенения Тянь-Шаня. Тем не менее именно эти кривые не говорят о значительной водности. В целом заметно уменьшение стока для одних и тех ж е высот с запада на восток. Это соответствует распределению осадков. Величайшая система Гималаев отличается крайней неравномерностью увлажнения южного и северного склонов. Под влиянием этого горного сооружения юго-восточный муссон как бы обтекает Гималаи с юга и в восточной части хребта приобретает почти широтное направление, а в западной части — северо-западное. Наибольшее количество осадков выпадает на южных склонах восточной части Гималаев и постепенно уменьшается по мере следования на запад, поэтому левые притоки Ганга значительно многоводнее верховьев Инда, стекающего с Каракорума, и его высокогорных притоков. Вопрос о распределении осадков в Гималаях по высоте оставался открытым до недавнего времени. Но исследование непальского гидролога (Шрестха Хари-Ман, 1966) в какой-то мере проливает свет на этот вопрос, хотя исходные данные, необходимые для его разрешения, крайне недостаточны. В результате этого исследования удалось установить, что наибольшее количество осадков на южном склоне Главных Гималаев выпадает на высоте около 2500 м. Выше количество осадков уменьшается, а на высоте 5600 м на южном склоне Джомолунгмы (ледник Кхумбу) выпадает около 400 мм. Можно полагать, что это количество преуменьшено, хотя бы потому, что на такой высоте выпадает много твердых осадков, которые трудно измерить, особенно при сильных горных- ветрах. Но нужно иметь в виду, что муссонные потоки воздуха достигают Главных
Гималаев после пересечения гор н,м 4000 Сивалик и хребта Махабхарат, высоты которых достигают 2500— 3000 м и даже 3500 м, и здесь выпадает много осадков — более 3000 3000 мм, а местами более 5000 мм. Что ж касается северного склона Главных Гималаев, 2000 то количество осадков здесь в 8— 10 раз меньше. Достаточно сказать, что в области величайшего 1 ООО, горного оледенения Каракорума, 200 400 600 экранированного северо-западной Рис. 29. Зависимости стока рек ветвью Гималаев, по имеющимся ( R ) Центральной Азии (зарубежот средней выданным, выпадает 500—600 мм ного Тянь-Шаня) соты водосборов ( Н ) осадков. 1 — хр. Ирен-Хабырга, 2 — район Урумчи, 3 — х р . Богдашань, 4 — х р . КокшаПримерно в соответствии с расалтау, 5 — хр. Халыктау пределением осадков распределяется и сток, но сезонная ритмичность режима гималайских рек гораздо контрастнее сезонных колебаний осадков. Происходит это потому, что зимой высокогорные части бассейнов скованы снегом и льдом, но и в нижних частях бассейнов в это время года сухо, поэтому реки маловодны. А летнее снеготаяние и ледниковое питание рек в горах совпадает с сезоном муссонных дождей. Это усиливает сток, особенно левых притоков Ганга, берущих начало в высоких частях Гималаев с большим распространением оледенения. Примером может служить р. Коси, в бассейне которой находятся величайшие вершины Джомолунгма и Кинчеджанга. Река берет начало на северном склоне Главных, или Больших, Гималаев и пересекает их по ущелью Арун, причем на северный склон приходится около половины бассейна. По этой причине слой стока верхнего течения р. Коси (р. Арун) меньше, чем той части, которая формируется в пределах Главных Гималаев и их южного склона. Тем не менее полный сток этой реки достигает 1190 мм, а подземная его часть — 390 мм, при осадках, по-видимому определенных не особенно точно, в 1350 мм. Коэффициенты питания реки подземными водами и стока очень велики—0,70 и 0,88. Почти все левые притоки Ганга по выходе из гор текут по распространенным здесь рыхлым аллювиальным отложениям, вынесенным многоводными реками из гор. Это является причиной весьма существенного блуждания рек до впадения их в Ганг. Скалистые горы на Североамериканском континенте, как и вообще горы в других частях света, играют весьма значительную гидрологическую роль. О ней частично говорится в гл. VI в связи с типологическими особенностями режима рек земного шара. Орография Скалистых гор сложна и оказывает существенное влияние на их- гидрологические особенности. Скалистые 7 - 4897
177
горы, как известно, состоят из нескольких параллельных хребтов, из которых наиболее увлажнены вытянутые вдоль Тихоокеанского побережья и близко расположенные к нему,— Береговой хребет, отчасти Невада, где полный речной сток местами превышает 1000 и даже 1500 мм. Но уже на второй гряде гор, в том числе и на наиболее высокой из них—Передовом хребте, исключая его северную часть, где полный сток также превышает 1000 мм, увлажненность резко уменьшается. Так, в южной части Передового хребта, где берет начало р. Колорадо и ее крупный приток Грин-Ривер, атмосферные осадки в делом для верхних горных частей бассейнов этих рек не превышают 350— 450 мм при полном речном стоке до 100—200 мм. Правда, южные части Передового хребта возвышаются среди полупустыни, где сток менее 10 мм, а на значительных пространствах отсутствует. Что касается подземного стока в реки, то, как это обычно бывает в горах, его доля в полном речном стоке в Скалистых горах в зависимости от геологического строения и геоморфологии колеблется в значительных пределах —от 30 до 60% в северной увлажненной части этого горного сооружения до 30—40% на юге Передового хребта. Подземному стоку, следовательно, в Скалистых горах принадлежит большая доля. Гидрологическая роль Анд чрезвычайно велика. Особенно это ощущается в тех частях, которые на востоке примыкают к засушливым областям, например в Патагонии. Об этом сказано в разделе «Речной сток и его подземная составляющая», когда речь шла об особенностях водного баланса южной части Южной Америки. Южные, отчасти северные Анды чрезвычайно увлажнены, особенно на западном склоне. Но средняя часть этой системы горных хребтов в районе Южного тропика представляет собой одно из наиболее сухих мест на земном шаре — пустыню Атакама, в наиболее засушливых частях которой, примыкающих к Тихоокеанскому побережью, по нескольку лет подряд не выпадают осадки. Интересно, что один из истоков Амазонки — р. Укаяли берет начало на севере Анд в довольно сухой их части. Андийская горная система увлажнена весьма неравномерно. Наиболее сухая ее часть лежит около Южного тропика. Чрезвычайно характерна для этой части Анд стекающая в Тихий океан р. Лоа. Для всего бассейна этой реки осадки оцениваются в 175 мм, а сток ничтожно мал. Часть его расходуется на орошение, но и без этого он крайне невелик. Так, в верхнем течении сток этой реки составляет 20 мм, причем преобладает сток подземного происхождения, что связано с распространением в бассейне этой реки вулканических пород и коллювиальных отложений. Высокогорный приток Лоа — р, Саладо характеризуется еще меньшими осадками (122 мм), а полный сток составляет 27 мм, подземный — приблизительно 22 мм, что объясняется теми же причинами. Большая высота этого бассейна и связанные с этим низкие температуры, несмотря на
низкую влажность воздуха, приводят к тому, что испарение не достигает 100 мм. В какой-то мере столь малое испарение связано с тем, что большую часть года почва и обнажающиеся горные породы здесь настолько сухи, что испаряться нечему. В бассейне р. Лоа распространены вулканические породы и мощные гравелистые и песчаные отложения, в которых аккумулируются осадки и вода, стекающая с горных склонов. Вследствие этого расход воды на испарение относительно мал, и река, как это видно из баланса, получает устойчивое питание за счет подземных вод. Расход воды по длине реки изменяется не только под влиянием перемены условий питания реки и водозабора на орошение, а также из-за перехода части руслового стока в подрусловый и обратно. Это видно из данных табл. 12, помещенной в моей работе (Львович, 1945), составленной по материалам У. Е. Рудольфа (Rudolph, 1927). К югу от р. Лоа на протяжении нескольких сот километров в Тихий океан в пределах Атакамы не впадает ни одна река, так как засушливая зона распространяется и на высокогорные области Анд и реки с постоянным стоком здесь отсутствуют. В наиболее широкой части Андийской системы, севернее Атакамы, распространены внутренние горные плоскогорья и плато, носящие общее название пунас. На юге Перу обширные высокогорные плато не дают стока в океан. В его пределах находятся большое высокогорное (3812 м над у. м.) оз. Титикака. Гидрологических данных по этой части пуны мало, но в целом это весьма засушливая область с маловодными реками. Так, полный сток р. Лаука, берущей начало на восточном склоне Западной Кордильеры (высоты до 6780 м) и впадающей в высокогорное оз. Койпасо, к которому на юге примыкает обширный солар (солончак) того же названия, составляет 68 мм при осадках порядка 130 мм. Подземный сток этой реки равен приблизительно !/з полного (22 мм) при весьма низком валовом увлажнении (86 мм) и испарении (64 мм). Зима здесь суровая и сухая, осадки и основная масса стока приходятся на лето. Севернее Атакамы в экваториальном поясе наибольшие осадки и речной сток приурочены к западному и восточному склонам Анд, а вершины хребтов менее увлажнены. По этой причине здесь чрезвычайно слабо распространено оледенение. Максимум его приходится на Кордильеру Бланко между 8 и 11° ю. ш. В бассейне р. Санта, в пределах правой части бассейна которой сосредоточено максимальное оледенение северной части Анд, осадков выпадает 850—900 мм, сток составляет 400 мм, причем приблизительно 40% (160 мм) его — подземный. Значительно меньше сток рек левобережной части бассейна р. Санта, стекающих с восточного склона Кордильеры Негра (R — 70—80 мм, U—10—15 мм), но на западном склоне этого хребта увлажненность увеличивается и сток возрастает до 300—
400 мм (подземный— 130—150 мм). Этот пример свидетельствует о чрезвычайной сложности распределения элементов водного баланса в Андах. Южная часть Анд в пределах умеренного пояса чрезвычайно увлажнена. Осадки в Патагонской Кордильере на более или менее значительных пространствах превышают 5000 мм, а сток достигает, вероятно, 4000 и даже 5000 мм, так как расход воды на испарение в горных условиях должен быть небольшим. Сток огромной Андийской горной системы, протянувшейся приблизительно на 10000 км, колеблется в пределах от нескольких миллиметров до нескольких тысяч миллиметров. Здесь сказывается влияние зональных факторов. Большую роль играет экранирование, следствием чего является различная увлажненность противоположных склонов и различные условия формирования водного баланса. Другой фактор — высотная поясность, которая в разных зональных условиях в зависимости от экранирующего эффёкта проявляется самым различным образом. Наконец, существенное значение имеет геологическое строение и геоморфология Анд, большое распространение хорошо проницаемых вулканических пород, коллювиальных отложений и аллювия, вынесенного в предгорья. Все это способствует обильному питанию рек подземными водами. Действительно, подземный сток в реки Венесуэлы, Эквадора и Чили нередко достигает 40—60% полного стока, в абсолютных значениях — 600—800 мм, а в отдельных случаях в Патагонской Кордильере—1000 мм и даже почти 1700 мм. Следует, однако, подчеркнуть, что столь высокий подземный сток нельзя относить только за счет геологического строения и геоморфологии. Большое значение имеют зональные и высотные поясные факторы. Береговое расположение Анд и значительная водоносность рек на севере и юге в условиях высокого подземного стока может служить основанием для предположения о том, что часть этого стока попадает в океан подземным путем, минуя реки. Именно в этой береговой зоне возможна субмаринная разгрузка подземных вод в океан. Благодаря упомянутым выше гидрологическим исследованиям, проведенным в 1956—1966 гг. польскими учеными Т. Вильгатом и К. Войцеховским в Южной Америке, р. Аконкагуа, которой посвящена специальная монография (Wilgat, Wojcehowski, 1971), принадлежит к числу наиболее изученных на этом континенте. Река Аконкагуа берет начало у высочайшей вершины Анд того же названия (7035 м), расположенной на границе очень влажных Южных Анд и сухой Атакамы. По этой причине река не очень многоводна. В наиболее высоких частях бассейна, в которые входят значительные площади оледенения, полный речной сток достигает 700—800 мм, а на высоте около 2300 м — 200 мм. Об этом можно судить по зависимости полного стока от
средней высоты водосборов, заимствованной из указанной монографии и с некоторыми дополнениями помещенной на рис. 30. 28% суши поднято над уровнем моря более чем на 1000 м. Но и при высотах менее 1000 м в той или иной мере проявляются закономерности высотной поясности, что не может не повлиять на особенности водного баланса. В умеренном поясе (например, в Европейской части СССР) влияние рельефа на речной сток заметно на Валдайской и Средне-Русской возвышенностях, где высоты не превышают 300 м над у. м., а над окружающей равниной они подняты не более чем на 150—200 м. Однако такие проявления высотной поясности в общем незначительны, и их роль в глобальном масштабе сравнительно невелика, поскольку они укладываются в пределы точности гидрологического анализа, необходимого для столь больших обобщений. Это обусловлено исходными материалами, чаще всего недостаточными для выявления детальных влияний рельефа на водный баланс, и связано также со степенью генерализации, которая обусловлена не только неоднородностью исходных данных, но и задачами исследования водного баланса всей суши. Но в данном исследовании необходимо учитывать влияние рельефа на водный баланс по крайней мере на ! /з всей суши, не считая влияния гор на водный баланс прилегающих к ним низменностей. Те влияния географической зональности, которые происходят на протяжении тысяч километров по горизонтали, в горах, как мы видели, проявляются при изменении высот в сотни или тысячи метров. Не будет преувеличением утверждение, что влияние высотной поясности на распределение водного баланса по территории на два—четыре порядка интенсивнее, чем в равнинных условиях под влиянием широтной зональности. Особенности водного баланса горных районов влияют не только на количественные показатели его элементов, но распространяются и на его качественные закономерности. Это выражается в структуре водного баланса. В горах появляется свойственный только им источник питания рек — сток ледникового и высокогорного снегового происхождения. В целом если представить водный 0
200
400
600
800
б а д а н с
с у ц ш
б е з
т 0
МОЖНО было бы предполагать гораздо более равводосборов (Н) номерное и плавное распределение его элементов по территории, чем в действительности. Рис. 30. Зависимость стока рек бассейна Аконкагуа (R) от средней высоты
Для характеристики особенностей водного баланса горных районов, для сравнительного анализа необходимо располагать воднобалансовыми высотными зависимостями. Но их удалось установить пока еще не для всех горных сооружений. По этой причине глубина анализа этих особенностей неодинакова для разных горных систем. В этом направлении сделан еще один шаг, но для дальнейшего развития представлений о формировании водного баланса и водных ресурсов в горных условиях необходимо еще приложить немало усилий. СТРУКТУРНЫЕ ЗОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОДНОГО БАЛАНСА
Одна из важных составных частей разработанного мною метода предвычисления преобразования подземного стока в реки (Львович, 1950-а) — структурные зависимости водного баланса (см. рис. 8 на стр. 94). Их теоретическая сущность изложена в разделе «Структурные и высотные интерполяционные зависимости» в гл. IV. Уже в начале 50-х годов, применяя эти зависимости для оценки преобразований водного баланса речных бассейнов и речного стока в результате развития приемов земледелия и агролесомелиорации, я заметил, что их характер (наклон линий связей) и предельные значения испарения и подземного стока меняются для разных зональных условий. Это послужило основанием для анализа зональных закономерностей водного баланса на основе структурных зависимостей, отражающих совокупное влияние на структуру водного баланса комплекса природных условий. Начиная с известного исследования географической зональности В. В. Докучаева (1899), в основу которого был положен почвенный принцип (почвы чрезвычайно хорошо отражают комплекс физико-географических условий), успешно развивается учение о зональных закономерностях природы. В. В. Докучаев положил начало учению о географической зональности и высотной поясности в горах, и его вклад в развитие географической науки приобрел методологическое значение. С тех пор проблему географической зональности и высотной поясности весьма успешно разрабатывали Л. С. Берг, М. И. Будыко, И. П. Герасимов, А. А. Григорьев, С. В. Калесник, А. М. Рябчиков и др. Для нас особый интерес представляет идея А. А. Григорьева о том, что в основе географической зональности лежит соотношение тепла и влаги. Таким образом, были сделаны первые шаги гидрометеорологического обоснования факторов географической зональности (Григорьев, 1954, 1959, 1970, первое издание 1938—1942 гг.). Впоследствии Н. Н. Иванов (1948) предложил для характеристики зон коэффициент увлажнения, определяемый по эмпирической формуле отношения осадков
к испаряемости. Еще раньше Г. Н. Высоцкий (1905, последняя публикация 1960) применил это соотношение для анализа зональных условий формирования различных типов почв и растительности. М. А. Алпатьев (1954) и М. И. Будыко (1956) показали, что коэффициенты, примененные Н. Н. Ивановым, а следовательно, и Г. Н. Высоцким, по своей сущности не отличаются от известной формулы Э. М. Ольдекопа (1911), в которой испаряемость определяется по дефициту влажности, а также от коэффициента А. Мейера — NS, представляющего собой отношение осадков к дефициту влажности. Теоретически более обоснован индекс сухости, предложенный М. И. Будыко (1956), под которым понимается отношение годового радиационного баланса R к сумме тепла, необходимого для испарения годовых атмосферных осадков Lr. Впоследствии А. А. Григорьев и М. И. Будыко (1956) выступили с интересной совместной работой о периодическом законе географической зональности, в которой дается обоснование соотношения тепла и влаги как показателя, характеризующего закономерности зональности в природе. При всех преимуществах индекса сухости по сравнению с тем, что принималось до М. И. Будыко в качестве показателя зональности, он не является универсальным, в связи с тем что не учитывает гидрологических свойств почвы — ее инфильтрационной и водоудерживающей способности, которым принадлежит весьма большая роль в формировании гидрологического процесса и ландшафта в целом. Поэтому в график географической зональности, предложенный А. А. Григорьевым и М. И. Будыко (1956), А. М. Рябчиков (Александровская и др., 1963) ввел третью переменную — речной сток, который в какой-то мере учитывает роль почвенного фактора в формировании ландшафта. Практическое применение в агрометеорологии нашел гидротермический коэффициент, введенный Г. Г. Селяниновым (1937) в 1928 г. Большое число исследований посвящено этой теме и за рубежом. Достаточно вспомнить о работе А. Пенка, разработавшего классификацию климатов, основанную на климатических индексах. Поскольку формирование водного баланса непосредственно связано с почвой, представляет существенный интерес типизация водного баланса почв, предложенная А. А. Роде (1956, 1965). Хотя эта типизация основывается на свойствах водного режима почв, она носит явные черты географической зональности, но не в ее классическом виде, а с отклонениями, свойственными взаимодействию данного компонента природы с водой. Крупным шагом в развитии количественных представлений о географической зональности явились результаты исследования И. П. Герасимова (1960), установившего зависимость генетических типов почв от радиационного индекса сухости и температуры деятельной поверхности в течение теплого периода. Эта
зависимость дает вполне обоснованную систему зональных типов почв, полученную на довольно строгих количественных показателях. Нужно еще упомянуть о результатах последних исследований А. М. Рябчикова (1972), определившего соотношение тепла и влаги для различных зон на основании зависимости валового увлажнения территории от радиационного баланса. В качестве третьей переменной принят гидротермический коэффициент (ГТК), полученный отношением валового увлажнения к радиационному балансу. Интересно, что по этой схеме к ГТК в пределах 10—13 относится очень широкий диапазон ландшафтов от полярных пустынь до муссонных лесов, но если для первого ландшафта радиационный баланс не превышает 10 ккал/см2 в год и валовое увлажнение 250 мм, то для второго эти показатели увеличиваются соответственно до 60—80 ккал/см 2 и 600—1200 мм. Я не ставлю задачей рассмотреть все работы, относящиеся к характеристике географических зон, а упоминаю о наиболее интересных из них, в которых в качестве основных показателей географической зональности принимаются различные соотношения тепла и влаги. Придавая большое значение почве как гидрологическому фактору (Львович, 1950-а, 1952, 1960-6, 1963, 1965, 1968-в и др.), я счел необходимым ввести характеристику комплексного почвенно-климатического и гидрологического показателя ландшафта. Такой показатель — валовое увлажнение территории W, определяемое по разности между осадками и поверхностным стоком. Это понятие является элементом водного баланса, а формула, которая служит для его вычисления, входит в систему дифференцированных уровней водного баланса (гл. IV, стр. 76). Основной климатический показатель водного баланса — атмосферные осадки, т. е. приходная часть водного баланса территории и суши в целом. Что же касается поверхностного стока, то он с точки зрения продуктивности биомассы представляет собой потерю воды и лишь отчасти участвует в формировании ландшафта, главным образом в качестве основной причины эрозии, и притом в большой мере антропогенного происхождения. Поверхностный сток при данной интенсивности осадков (снеготаяния) — продукт инфильтрационной способности почвы. Таким образом, вполне очевидно, что валовое увлажнение территории представляет собой почвенно-климатический или комплексный гидрологический показатель. Двум его составляющим принадлежит большая роль в формировании ландшафтов: испарение в значительной части является непродуктивным, а транспирация — хороший показатель продуктивности фитомассы. Другая часть валового увлажнения — питание подземных вод (подземный сток в реки) служит важным процессом. С ним также отчасти связана продуктивность биомассы. Подземный сток, как это вполне очевидно, имеет и важное гидрологичес-
кое и водохозяйственное значение, так как он способствует устойчивости речного стока, такому режиму рек, который является идеальным с точки зрения состояния водного компонента среды, а также наиболее выгодным для хозяйственных целей. Сущность структурных зональных воднобалансовых зависимостей охарактеризована в IV главе. Практически структурные зональные зависимости устанавливаются на основании данных о водном балансе, которые группируются по отдельным зонам. Впервые этот метод был применен для СССР (Львович, 1962). Тогда были использованы данные о W, Е и U по 400 створам (речным водосборам), причем испаряемость определялась по карте, опубликованной впоследствии (Будыко, 1963). Это исследование получило дальнейшее развитие в том, что в дополнение к структурным зональным зависимостям для географических зон СССР удалось установить типологические характеристики структуры водного баланса некоторых зон тропического и экваториального поясов (Львович, 1964-6). Более подробная характеристика структуры водного баланса географических зон СССР, которая отличается от предыдущих исследований введением поправок в осадки на показания дождемеров, была мною дана в коллективной монографии «Водный баланс СССР и его преобразования» (1969). Аналогичную работу Г. Я. Карасик провела для Африки (1970), затем для Южной Америки (1974), Н. Н. Дрейер — для Северной Америки (1972), Г. М. Николаев а — для Юго-Восточной Азии (1974). Теперь мы располагаем структурными зависимостями для основных географических зон Земли. Предстоит, конечно, дальнейшая детализация их и поиски дополнительных гидрологических данных для части зон, которые пока еще не удалось обосновать структурными зависимостями. Следует отметить, что подбор необходимых воднобалансовых данных для отдельных зон, не считая исключительно трудоемкой работы по подбору исходных материалов и их соответствующей обработки, представляет собой сложную, кропотливую работу. Задача подбора заключается в том, чтобы бассейн реки находился в пределах одной зоны, чтобы влияние рельефа не было настолько значительным, чтобы могло нарушить закономерности широтной зональности. Если учесть, что для большой части суши ощущается существенный недостаток в данных для расчетов водного баланса по моему методу и, кроме того, расчеты усложнены орографией, то становится ясным, насколько сложна задача подбора воднобалансовых данных, необходимых для структурных зональных кривых. Это особенно относится к Южной Америке и зарубежной Азии. Несколько проще решение задачи для Африки. Трудность заключается в недостатке исходных данных, но относительно более однообразный рельеф этой части света позволяет использовать значительный объем имею-
щихся исходных данных. На западе Северной Америки из-за сложности рельефа выбор репрезентативных материалов по водному балансу затруднен, но обилие исходных данных для США и юга Канады несколько облегчает решение этой задачи. Однако в ряде случаев приходилось пользоваться воднобалансовыми материалами, которые не в полной мере, а лишь преимущественно относятся к данной зоне. Все эти обстоятельства влияют на точность полученных зависимостей. Их вероятная погрешность несколько меньше, чем для аналогичных интерполяционных кривых, перечень которых дан в табл. 13 (см. стр. 100). Классификация и границы географических зон приняты по «Физикогеографическому атласу мира» (1964). Структурные зональные кривые для СССР получены на основании воднобалансовых данных для 400 створов (речных бассейнов). В своем большинстве выбранные речные бассейны располагаются в пределах одного из природных районов или зон. Однако во внимание принимались также речные бассейны, охватывающие два или более района или зоны. Отчасти это делалось для характеристики граничных условий различных природных комплексов, отчасти же из-за недостатка фактических данных. Наиболее подробный фактический материал имеется для Европейской части СССР, менее полный — для севера Западной Сибири, части Восточной Сибири и Дальнего Востока, в связи с чем и детальность районирования неравнозначна. Исключены из рассмотрения высокогорные области, о которых говорилось в предыдущем разделе, а также пустыни и полупустыни, где речной сток практически отсутствует. Все данные в одной системе координат дают на графике, разумеется, сплошное поле точек. В результате отбора групп точек, наиболее близких друг к другу, выделено пять зональных типов водного баланса: I — тундровый и лесотундровый, II — таежный (две группы кривых), III — смешанных лесов, IV — лесостепной, V — степной. Эти зональные типы выделены для Европейской части СССР, Западной Сибири и Восточной Сибири и Дальнего Востока. Анализ зональных типов водного баланса позволил выделить на территории СССР 17 подтипов (табл. 17, рис. 31). Зональные закономерности структуры водного баланса ярко характеризуют коэффициенты питания рек подземными водами Ки• Если в тундре и лесотундре они составляют в среднем 0,20 (с уменьшением для многолетнемерзлотных районов до 0,04), то в таежной зоне — 0,15 (с уменьшением в районах вечной мерзлоты до 0,02), в зоне смешанных лесов — 0,10, в лесостепной— 0,04, в степной — 0,01. Для того чтобы охарактеризовать экологическую роль воды в формировании ландшафта, в табл. 17 для каждой из воднобалансовых зон приводятся данные о ежегодном приросте биомассы (фитомассы), определенные по карте Н. И. Базилевич и
Рис. 31. Структурные зональные закономерности водного баланса СССР Зависимость испарения (Е) и питания рек подземными водами (U) от валового увлажнения территории (W). А — Европейская часть СССР. Б — Западная Сибирь, В — Восточная Сибирь и Дальний Восток. Цифры у кривых соответствуют номерам .районов в табл. 17 и на рис. 32
Таблица 17 Зональные типы структуры водного баланса СССР (рис. 31)
I 1а 16 1в 11 Па, Па 2 Пб! Нб 2 Ив, 11в2 Ивз Ив* 11В5 111
IV IV а 1V6 IVB V Va V6
Тундровый и лесотундровый Европейский Западносибирский (включая северотаежный) Восточносибирский Таежный Европейский (северотаежный) Европейский (среднетаежный) . Западносибирский (среднетаежный) Западносибирский (южнотаежный) Восточносибирский (горный) Восточносибирский (равнинный) Дальневосточный (северотаежный) Дальневосточный (приамурский) Дальневосточный (приморский) Смешанных лесов (европейский) Лесостепной Европейский Западносибирский Восточносибирский Степной Европейский Западносибирский и североказахстанский .
.
.
. . .
. .
3 Ч а « е;^ Cоа^ v
f" 3
Яа
X Со
сч
,
РЗ « о 3 R В
f i
о. . 1 "С 4 я >»,!)•— fl) S й о я £ в <и ® ° ® п
s§
о К
я^ я ^ и
Ежегодный прирост фитомэссы, т/га
*
ж 3
Испаряемость (Е ), мм max
Типы и п о д т и п ы
Ре чной ст<ж Коэффициент питания рек подземными водами (Кц )
^ Осадки (Р), мм
№ типов и подтипов по рис. 31 и 32
Характе рные го новые. в(гличины
665 635 480
300 270 180
75 90 10
225 180 170
410 455 310
335 365 300
0,19 0,20 0,04
400 450 350
2,5—4 3—5 1,5—2,5
700 750 670 730 555 457 600 630 930 715
350 290 200 170 200 70 300 260 320 170
125 95 55 45 70 8 40 30 80 60
225 195 145 125 130 62 260 230 240 110
475 555 525 605 425 395 360 400 790 605
350 460 470 560 355 387 300 370 710 545
0,26 0,17 0,11 0,07 0,17 0,02 0,13 0,08 0,10 0,10
425 540 550 630 500 560 (900) 600 850 645
4—6 6—8 4,5—6 7—9 5—6 6—8 3,5—5,5 8—10 12—18 9—13
650 530 440 495
100
30 9 8 9
70 51 72 31
580 479 368 464
550 470 360 455
0,06 0,02 0,02 0,02
750 700 660 890
11 — 14 8—10 8—10 6—9
860
2—4
410
60 80 40
390 0,006 2 392 18 20 В скобках — приближенные величины
Рис. 32. Районы структурных зависимостей водного баланса
СССР
1 — граница м е ж д у территориями с различными типами водного баланса, 2 — то ж е с различными подтипами водного баланса, 3 — территории, на которые районирование не распространяется
Л. Е. Родина (1967). В общем виде наибольшая продуктивность фитомассы соответствует условиям оптимальной увлажненности (высоким значениям валового увлажнения территории) в сочетании с климатическими тепловыми ресурсами. Д л я районов, где почвенная влага и тепло близки к оптимальным значениям, характерна высокая продуктивность. Примером может служить дальневосточная приморская тайга, где при валовом увлажнении почвы в 750—800 мм и длительном безморозном периоде, при сравнительно высоких температурах ежегодный прирост биомассы достигает 12—18 т. В Европейской части С С С Р наибольшая продуктивность фитомассы (11 —14 т) соответствует лесостепной зоне и южной части подзоны смешанных лесов (9—13 т) при валовом увлажнении территории 580— 600 мм. К северу от этих районов продуктивность фитомассы уменьшается из-за недостатка тепла, а к югу — вследствие недостатка почвенной влаги. Так, продуктивность снижается в среднетаежной подзоне до 6—8 т, в северотаежной — до 4—6 г, в лесотундре — до 2,5—4 т. К югу от зоны максимальной продуктивности в степной зоне годовой прирост растительной массы уменьшается до 6—9 т, в полупустыне—-до 1—2 т. В связи с некоторыми условностями, неизбежными при вычислении испаряемости, и с определением ее значений для больших территорий характеристика Е т а х > принятая в табл. 17 и на рис. 31, весьма приближенна. Однако возможные неточности в принятых значениях испаряемости не могут повлиять на принципиальную схему зональности структуры водного баланса, которая особенно четко прослеживается в Европейской части С С С Р и в Западной Сибири. В Восточной Сибири и на Дальнем Востоке она в какой-то мере вуалируется закономерностями высотной поясности, так как на большей части речных водосборов этих районов сказывается и влияние рельефа. Зарубежная Азия отличается весьма большим разнообразием зональных типов водного баланса — от пустынь до экваториальных вечнозеленых влажных лесов. Имеющиеся данные по водному балансу позволяют получить структурные зависимости не с такой степенью подробности, как это удалось для Азиатской части СССР. Тем не менее восемь выделенных типов характеризуют структуру водного баланса в основном тропического и субтропического поясов Азии (табл. 18, рис. 33). Советская дальневосточная приморская тайга (тип IIbs в табл. 17) почти непосредственно переходит в тип приокеанических широколиственных влажных лесов. Такие леса распространены т а к ж е на северо-востоке К Н Р , на Корейском полуострове и в северной половине о-ва Хонсю. Это в общем более влажный и более теплый район, чем на юге советского Дальнего Востока, но разница в увлажнении здесь велика: от районов, примыкающих к западному побережью Желтого моря, с валовым увлажнением территории в пределах 400—500 мм, т. е. в общем более низком,
/ /
/ / у / / У® / / * /У у / у * У
7
/ /У /Л уУч
/
/
/
® Z' в
у'
У
О / Ууо / у у
Т
У
'—•
э ©
• —
в ®
®
^ ^ «IV ®VI oVII
!Wm ,u
Рис. 33. Структурные зональные зависимости водного баланса восточной и юго-восточной части зарубежной Азии Цифры у кривых соответствуют номерам в табл. 18
чем в советском Приморье, до 800—1400 мм в северной части о-ва Хонсю. Здесь испарение в бассейнах некоторых рек приближается к испаряемости, достигающей около 1000 мм. Однако структура водного баланса осложнена влиянием высотной поясности. По условиям довольно высокой общей увлажненности и при сравнительно низкой испаряемости можно было бы здесь ожидать больших значений подземного стока. Однако он сравнительно невелик, что объясняется распространением бурых лесных почв, которые среди лесных почв обладают относительно менее благоприятными инфильтрационными свойствами. Ве-
роятно, сказывается также и антропогенный фактор — рисосеяние, под влиянием которого происходит оглеение почв и повышается испарение. Это служит причиной общего уменьшения речного стока, но возможно при некотором увеличении поверхностного. Контрасты в степени сезонных колебаний увлажненности, связанные с муссонами и особенно преобладающими в конце лета — начале осени интенсивными ливневыми дождями, усиливают паводки, но не способствуют питанию подземных вод. Другой тип (II) структуры водного баланса зарубежной Азии, распространенный в юго-восточной части К Н Р и в южной половине о-ва Хонсю, отличается более благоприятными условиями питания рек подземными водами. Подземная составляющая речного стока увеличивается до 35—40% полного, а коэффициент К и — ДО 0,25—0,30 против 0,10—0,15 для предыдущего района. Здесь больше выпадает осадков, меньше испаряемость, менее контрастны сезонные колебания увлажненности. Таковы климатические условия формирования водного баланса, но большая роль принадлежит почвенному фактору—-распространению желтоземов и красноземов, которые в естественных условиях обладают благоприятными гидрологическими свойствами. Но здесь также широко развито рисосеяние, ухудшающее водный баланс. Из этого вовсе не следует вывод о моем отрицательном отношении к этому виду земледелия, которое органически связано с местными природными условиями и которое еще более характерно для Индокитая и Индонезии. В этих районах большой избыток водных ресурсов, поэтому условия для рисосеяния, требующего огромных затрат воды, весьма благоприятны. Нужно еще помнить, что низкая испаряемость способствует здесь относительно меньшему расходу воды с рисовых полей на испарение. Третий тип (III) структуры водного баланса характерен для горных и полугорных условий юго-восточной части КНР. Структурные зависимости водного баланса отражают совокупные влияния широтной и высотной зональности и поясности. Осадков в этих условиях нередко выпадает более 2000 мм, испаряемость низкая (500—700 мм); преобладают леса, не очень существенно нарушенные антропогенными воздействиями. Все это создает исключительно благоприятные условия для обильного общего увлажнения почвы (1000—1500 мм) и формирования высокого стока, особенно подземного происхождения, который составляет более 40% полного при очень высоких значениях Лц (в пределах 0,5—0,7). Это чрезвычайно характерно для условий хорошо увлажненных невысоких гор в сочетании с высокой инфильтрационной способностью почв. Питание рек подземными водами здесь, как правило, превосходит расход воды на испарение. По этой причине структурные зависимости приобретают своеобразную форму (рис. 33, III), характерную для условий высокой увлажненности в сочетании с низкой испаряемостью
и хорошей инфильтрационной способностью почв. Такие природные условия наиболее типичны для лесного пояса в горах. Структурные зависимости водного баланса Юго-Восточной Азии установлены Г. М. Николаевой для районов IV—VII. Зона влажных экваториальных лесов характеризуется структурной зависимостью IV (рис. 33). К водному балансу этого типа относится Бенгалия, включая южный склон Гималаев, наветренные склоны Западного Индокитая и Малайский архипелаг. Здесь выпадает осадков более 2000—2500 мм, а в некоторых местах —5000 мм и более, валовое увлажнение составляет 1000—1500 мм, что при сравнительно невысокой испаряемости (около 1200 мм) дает высокий речной сток (более 1000 мм), около 40—50% которого приходится на подземный. Это объясняется высокой инфильтрационной способностью ферралитных почв и слабым антропогенным воздействием на почвы в лесах. Тем не менее и в этих условиях постоянного избыточного увлажнения поверхностный сток также весьма значителен и нередко достигает 800 мм, а иногда превышает и 1000—1500 мм. Коэффициенты питания рек подземными водами КИ значительны и колеблются в пределах 0,3—0,4, чему также способствуют благоприятные условия дренирования подземных вод реками, а коэффициенты полного речного стока Kr— в пределах 0,4—0,6. В бассейнах рек, занятых частично горами, общее увлажнение еще больше увеличивается не только под влиянием роста осадков, но и в результате уменьшения испаряемости. В таких условиях при круглогодичном увлажнении (например, на Малаккском полуострове, в Индонезии и на Филиппинах) Ки возрастает до 0,6—0,7, а коэффициенты стока — до 0,8—0,9. Самые высокие значения подземного стока и коэффициентов К о относятся к районам карста и вулканических туфов, особенно широко распространенных на островах Юго-Восточной Азии. В таких условиях подземный сток достигает 60—70% полного, а коэффициенты Ки нередко увеличиваются до 0,8. Совершенно противоположные условия формирования водного баланса охарактеризованы выше на примере Черапунджи, где выпадает около 12 000 мм осадков, а сильно смытые, скелетные почвы обладают столь низкой инфильтрационной способностью, что почти все осадки расходуются на поверхностный сток. Его огромная энергия в условиях южного склона горы Шиллонг расходуется на смыв почвы. В этом заключается причина чрезвычайно низкого подземного стока и малого расхода воды на испарение, так как запасы почвенной влаги сравнительно малы и в периоды между дождями испаряться нечему. К тому ж е следует помнить, что в условиях чрезмерного количества осадков испаряемость здесь мала. Все это говорит о большом разнообразии гидрологических условий района, структура водного баланса которого характеризуется лишь в общем виде по совокупности местных условий. 8 — 4897
193
Таблица 18 Зональные типы структуры водного баланса материков
Характерные годовые в
№
тииов
1
• I II III IV V VI VII
полваловое осад- ный подзем- поверх- увлаж ный речной ЧОСТНЫ] :нение ки сток сток СТОК терри(Р), (S), тории (Я), (V), мм мм мм т , мм мм
Типы
2
4
3
Зарубежна Восточные приокеанические широколиственные в л а ж н ы е леса . . Приокеанические муссонные смешанные в л а ж н ы е леса . . . . . . . . . . . . Горные приокеанические районы В л а ж н ы е экваториальные леса Юго-Восточной Азии . . . . . . Переменно в л а ж н ы е листопадные тропические леса (среднегорье северных тропиков Юго-Восточной Азии) Тропические саванны . а) сухие . б) в л а ж н ы е З а п а д н о г и м а л а й с к и е субтропики
5
6
7
600
100
500
900
1 600 800 2 200 1 700
300 700
500
1 000
1 100 1 200
2 100
1 300
500
800
1 300
1 300
500
100
400
900
1 300 2 100 750
150 600 400
50 250 150
100 350 250
1 200
50 30
150 170
500 580
я Азия (рис. 33) 1 400
1 750 500
Африк а (рис 34) I II
Горные хвойные леса Северной Африки . . . . Вечнозеленые жестколистные леса и кустарники •
-
750 750
:
. .ми.)»-
-
•
•rhaf'ir*- •
ИМИ )ii
з
1 Саванны а) опустыненные
III
.
.
.
.
.
.
.
.
.
в) в л а ж н ы е высокотравные . . . . . г) редколесья безлистные в сухой сезон д) горные . В л а ж н ы е вечнозеленые экваториальные леса
IV
200 210
.
.
. .
. .
.
.
|
4
|
5
|
6
|
7
240 000 230 100 200 400
0 10 130 100 300 500
10 100 270 100 400 500
1 1 1 1 1
18 130 500
3 30 150
15 100 350
285 900 1 250
1 200
500
700
1 300
2 100
1 300
600
700
1 400
1 400 800
800 300
300 100
500 200
900 600
. 1 . 1 . 1 1 . 1
250 100 500 200 900 900
10 110 400 200 700 1 000
1 1 1
Южная Ам ерика (рис. 3J>) I Саванны
II
III
300 1 000 1 600
в) в л а ж н ы е . . . . . . В л а ж н ы е вечнозеленые леса , (гилеи) андийских склонов ••• 2 000 В л а ж н ы е вечнозеленые экваториальные леса АмаГорные л а н д ш а ф т ы а) высокогорные луга (парамос) б) кустарниковые степи (халка)
.
.
.
.
.
.
1
Антропогенные влияния на водный баланс в Юго-Восточной Азии весьма значительны. Этому прежде всего способствует широко распространенное здесь рисосеяние, следствием которого, как уже отмечено выше, является оглеение почв и,-следовательно, снижение их инфильтрационной способности. Вместе с тем затопление рисовых полей на период вегетации увеличивает расход воды на испарение. Другой антропогенный фактор— сведение лесов на склонах гор, что приводит к превращению горных лесных ландшафтов во влажную горную саванну, нередко зарастающую бамбуком. Подсечно-огневой способ сведения лесов, несомненно, способствует ухудшению инфильтрационной способности почвы и усилению поверхностного стока. В этом заключается одна из причин высоких паводков и сильных разливов рек, характерных для всей Юго-Восточной Азии. Структурные кривые V на рис. 33 характеризуют условия формирования водного баланса на Малабарском склоне Западных Гат и в северо-восточной части Индостана, а также в Индокитае, типичные для переменно-влажных (что связано с муссонной сезонной ритмичностью) вечнозеленых тропических лесов. Для этого зонального типа водного баланса характерно гораздо меньшее количество осадков, чем в предыдущей зоне (около 1000—1500 мм). Но для такого количества осадков, учитывая высокую испаряемость (порядка 1300—1400 мм), структура водного баланса отличается относительно большим питанием рек подземными водами (200—250 мм при К и =0,2) и сравнительно невысоким испарением (600—900 мм) при валовом увлажнении территории порядка 800—1200 мм. Причина этого явления заключается в распространении красных ферралитных лесных почв, обладающих хорошей структурностью и высокой инфильтрационной способностью (Герасимов, Ромашкевич, 1964; Зоне, 1964; и др.). Но наряду с этим фактором, положительно влияющим на структуру водного баланса, существуют причины, уменьшающие его влияние. Это прежде всего сезонная ритмичность климата, связанная с муссонным его происхождением. В течение сухого сезона осадков выпадает мало, а почвенная влага и подземные воды, накопленные во время муссонов, расходуются на испарение, значительную часть которого составляет транспирация, и на питание подземных вод. К концу сухого сезона подземные воды сильно истощаются и их приток в реки значительно уменьшается. Другая существенная причина-—антропогенные влияния. С развитым в этой зоне орошаемым земледелием связан водозабор из рек, особенно существенный относительно полного стока в сухой сезон. Распространенное также в Индии орошение подземными водами, откачка которых хотя и примитивными средствами, но в больших масштабах (свыше 15% площади орошаемых земель) осуществляется в сухой сезон. Значительную роль в структуре водного баланса
>
К
Е
А
н
играет также сведение листопадных лесов, которые в естественном состоянии в некоторых районах сохранились на 10—15% площади. Большая часть территории (до 60%), на которой сведен лес, используется для земледелия, в основном под рисосеяние, особенно на п-ове Индокитай. По существу для Индостана и Индокитая, так ж е как и для юго-восточной части К Н Р и других районов Юго-Восточной Азии, невозможно получить представление о естественных особенностях структуры водного баланса в чистом виде. Почти повсеместно в той или иной мере сочетается влияние естественных факторов с антропогенными воздействиями, получившими существенное развитие в весьма древнее время. Антропогенные факторы в формировании водного баланса в этой весьма населенной части суши, как, впрочем, и на некоторых других субконтинентах, стали уже неотъемлемой частью природы этих районов, и, для того чтобы их роль выявить в чистом виде, требуются специальные экспериментальные исследования, с помощью которых удалось бы раскрыть картину тысячелетней эволюции водного баланса лесостепной зоны Европейской части СССР. В целом для Индостана и Индокитая, особенно для занятых лесами горных и холмистых районов этих субконтинентов Азии, следует отметить, что сохранившиеся в бассейнах рек острова таких лесов играют большую роль как хранители воды, ее регуляторы, так как чаще всего питают подземными водами реки. Полное уничтожение лесов в этих районах могло бы послужить причиной еще менее устойчивого режима рек, еще большего снижения их водности в сухие сезоны и усиления паводков и разливов рек в периоды муссонных дождей. Все сказанное о воднобалансовой роли антропогенных факторов, вероятно, в еще большей мере относится к саваннам, структуру водного баланса которых характеризуют кривые VI на рис. 33. Саванна Юго-Восточной Азии, как и Африки и Южной Америки, отличается широким диапазоном ландшафтов — от сухой и опустыненной до влажной. Д л я всех саванн характерен более или менее продолжительный сухой сезон, сменяющийся влажным. От степени увлажненности и продолжительности влажного сезона зависит тип саванны. В Юго-Восточной Азии продолжительность сухого периода колеблется в пределах 7—8,5 месяца. Саванна занимает большую часть Индостана и встречается в отдельных районах Индокитая и на южных островах Малайского архипелага. Влажная саванна наиболее распространена в Индокитае, преимущественно в горах. Ее происхождение в основном связано с уничтожением лесов. В наиболее увлажненных районах влажные муссонные леса сменяются зарослями бамбука, в менее увлажненных — редколесьем дуба и сосны. К влажной саванне относятся верхние части структурных зависимостей VI. Д л я нее характерно при осадках 1800—2300 мм
валовое увлажнение территории в пределах 1500—1900 мм, из которых 200—300 мм расходуется на питание подземных вод, а 1300—1600 мм испаряется. Сравнительно высокие коэффициенты питания рек подземными водами (0,12—0,16) объясняются тем, что в течение влажного сезона расход почвенной влаги на испарение приближается к испаряемости. Такие условия благоприятствуют питанию подземных вод, но в течение продолжительного сухого периода года подземные воды, дренируемые реками, сильно истощаются. Иначе коэффициенты были бы еще выше. Структуру водного баланса сухой саванны характеризует нижняя часть зависимости VI на рис. 33. Осадков здесь выпадает намного меньше, чем во влажной саванне (приблизительно на 800—1000 мм меньше), но вся структура водного баланса в сухой саванне настолько существенно отличается от влажной, что одним лишь различием в годовой сумме осадков объяснить его невозможно. Некоторую роль играет более высокая испаряемость (около 2000 мм). Но едва ли не основное значение в формировании водного баланса после осадков и испаряемости имеют черные почвы — регуры, распространенные главным образом на базальтовых материнских горных породах. При нормальном увлажнении эти почвы обладают зернистой структурой, следствием которой является довольно высокая инфильтрационная способность. Хорошим водоудерживающим свойствам таких почв способствует процесс аллитизации, сопровождаемый усиленным синтезом глинистого минерала монтмориллонита (Зони, 1969). Во влажный сезон такие почвы быстро насыщаются водой и разбухают, вследствие чего они становятся водонепроницаемыми. Именно в этом заключается основная причина образования сравнительно обильного поверхностного стока (около 70% полного) и слабого питания подземных вод. Коэффициент Ки уменьшается здесь до 0,03—0,05, т. е. он в 3—4 раза меньше, чем во влажной саванне. Имеющиеся данные позволили выделить в Юго-Восточной Азии еще один подтип структуры водного баланса, характеризующий подзону западных гималайских субтропиков--VII. Он приурочен к южному склону Гималаев и к межгорным котловинам и долинам, где роль муссона существенно ослаблена. В основном это бассейны рек в пределах пояса сухих лесов, отчасти в горном лугово-степном поясе. Здесь осадков выпадает 600 800 мм, из них более половины расходуется на формирование речного стока. Значительная часть стока снегового происхождения, подземный сток сравнительно велик в связи с низкой испаряемостью и малым испарением. Этому способствуют также Местные геологические и геоморфологические особенности распространения коллювиальных и рыхлых аллювиальных отложений. Коэффициент Ки преимущественно в пределах 0,3—04. В Африке выделены четыре зональных типа структуры вод-
ЕДм ,м
J500r
/
Лж» X-1 1 ® 1i It1 шв I1 1 11 Шб 1
/
с
1 «eS . -в-
/
/
/
/ / -в
• ilia о Шб «-Шв ®lllr ®Пд| Щмл
2000
Рис. 34. Структурные зональные зависимости водного баланса Африки Цифры у кривых соответствуют номерам в табл. 18. Вертикальные пунктирные линии на нижнем графике — границы м е ж д у основными типами водного баланса саванны
ного баланса (Карасик, 1970). В целом аналогичные зоны в Африке отличаются большей засушливостью, чем в Юго-Восточной Азии. Это особенно относится к саванне. Первая зона Африки— горных хвойных лесов (рис. 34, табл. 18) — занимает верхние наиболее влажные склоны Атласских гор. Здесь выпадает осадков 500—1000 мм, из которых 400—700 мм расходуется на увлажнение почвы. Бурые лесные почвы не обладают высокой инфильтрационной способностью, поэтому поверхностный сток относительно велик для условий лесных ландшафтов и составляет 70—80% полного. В подобных условиях североафриканской низменности формирование подземного стока было бы невозможно вследствие высокой испаряемости. Но в Атлас-
ских горах испаряемость невелика (около 700 мм), поэтому до 10% почвенной влаги не испаряется и расходуется на образование подземных вод, питающих реки. В действительности в горах и плато Северной Африки на питание подземных вод расходуется больше воды, но часть ее, не дренированная реками, уходит за пределы района и питает подземные бассейны Северной Сахары. Размеры ж е этой утечки определить по водному балансу горных районов невозможно, поскольку их размеры укладываются в пределы точности расчетов. Так, по определениям гидрогеологов, на питание подземных бассейнов Западного Эрга и Восточного Эрга расходуется 1,3 км3 в год (см. табл. 14 на стр. 144). Если допустить, что область питания этих бассейнов занимает 300—500 км2 системы Атласских гор, то расход воды за пределами этого района составит всего лишь 3—4 мм. Такую небольшую величину нельзя обнаружить методом водного баланса, так как при измерении осадков и речного стока возможны значительно большие погрешности. В Атласских горах распространяются закарстованные известняки. В таких районах коэффициент питания подземными водами увеличивается с 0,05—0,10 до 0,2—0,3. II тип структуры водного баланса Африки относится к жестколистным вечнозеленым лесам и кустарникам горной территории африканского Средиземноморья и крайнего юга континента. Здесь выпадает 500—800 мм осадков, из которых речной сток составляет 100—200 мм, в том числе 15—20% подземного происхождения. Сравнительно низкий подземный и высокий поверхностный сток связан, во-первых, с повышенной испаряемостью, в результате чего почвенная влага расходуется преимущественно на испарение; во-вторых, объясняется свойствами красных почв (terra rossa), развитых на известняковом элювии. Эти почвы обладают большой влагоемкостью, но вместе с тем и высокой водоудерживающей способностью, препятствующей просачиванию воды вглубь. Вместе с тем такие почвы после насыщения водой становятся водоупорными (Шокальская, 1948). По этой причине первые дожди в сезон осадков, которые приходятся на зиму, дают малый сток, так как расходуются на инфильтрацию, но последующие дожди, выпадающие на влажную почву, образуют обильный поверхностный сток и высокие паводки. Не будет, вероятно, преувеличением считать Африку классической страной саванн: значительная часть континента (50% площади) относится к саваннам разных типов — от опустыненных до влажных, высокотравных. Почти все, что сказано выше о саванне Юго-Восточной Азии, относится и к африканской саванне. Наиболее характерная черта этой зоны — сезонная ритмичность всех компонентов природы: чередование влажных и сухих сезонов, продолжительность которых меняется в зависимости от степени увлажненности. Наименее продолжительным сухим периодом характеризуется влажная саванна, примыкаю-
щая к экваториальному поясу, наибольшая — сухая и опустыненная саванна, переходящая в пустыни зоны тропических пассатов— Сахару в Северном полушарии и Калахари — в Южном. Чрезвычайно характерно, что все типы африканской саванны, так же как и саванны Юго-Восточной Азии и южноамериканская, укладываются в рамки одной пары структурных зо^ нальных кривых водного баланса (нижний график на рис. 34). На верхнем графике рис. 34 эта зависимость показана под номером IV без точек, на основании которых она получена. Одна пара структурных воднобалансовых зависимостей для всего разнообразия типов саванны лишний раз свидетельствует о единстве саванны <как одной географической зоны. Ниже будет показано, что это единство относится и к саванне трех континентов: Азии, Африки и Южной Америки. Типы, или подзоны, саванн дифференцируются на структурной зональной зависимости расположением точек: к нижней части относится наиболее сухая — опустыненная саванна (111-а), к средней части — сухая саванна (Ш-б), к верхней — влажная саванна (III-в). Редколесья, безлистные в сухую часть года (Ш-г), занимают промежуточное положение между подзонами Ш-б и III-в, а для горной саванны (III-д) характерно испарение, близкое к испаряемости, что свидетельствует о предельной увлажненности для этих условий. Опустыненная саванна и сухие степи (III-а) отличаются большим диапазоном осадков (от 200 до 600—800 мм) и почти полным отсутствием подземного стока. Реки питаются поверхностным стоком, который особенно обилен в междуречье Белого и Голубого Нила и в бассейне оз. Чад, где распространены почвы типа бадоб, которые быстро набухают после первых дождей в пределах верхнего (30—60 см) горизонта и становятся непроницаемыми (Шокальская, 1948). В таких условиях большое развитие получают эрозионные процессы. Но и в тех районах, где распространены легкие песчаные почвы, обладающие высокой инфильтрационной способностью, и где по этой причине образуется относительно небольшой поверхностный сток, почти вся почвенная влага расходуется на испарение, и подземный сток в реки отсутствует или очень мал. В сухой саванне (Ш-б) выпадает осадков 900—1300 мм, которые приходятся на пять-шесть месяцев и образуют обильный осенний или летний сток. Для этой подзоны характерен устойчивый подземный сток, правда сильно истощающийся к концу сухого сезона. Коэффициенты питания рек подземными водами колеблются в пределах 0,02—0,05, существенное преобладание поверхностного стока типично и для этой подзоны. Усилению поверхностного стока способствует латеритизация почв в виде железистых глыб и панцирей, обладающих слабой инфильтрационной способностью. Влажную, или высокотравную, саванну (III-в) характеризует чрезмерное увлажнение во влажный сезон, сменяемое, хотя и
более кратковременным (три-четыре месяца), сухим сезоном. Осадков здесь выпадает 1300—1800 мм. Основная черта этой подзоны, отличающая ее от сухой саванны,— распространение ферраллитных почв, обладающих зернистой структурой (Герасимов, 1961), и поэтому — хорошей инфильтрационной способностью. Это служит причиной обильного питания подземных вод в течение влажного сезона, которые, однако, быстро истощаются, и в предпаводочный период подземный сток в реки весьма существенно уменьшается. Тем не менее коэффициент питания рек подземными водами увеличивается до 0,10—0,15 против 0,02—0,05 в сухой саванне. Обильному питанию подземных вод способствует также и тот факт, что испарение приближается к испаряемости. В таких условиях испарение почвенной влаги замедляется и больше воды расходуется на питание подземных вод. Интересная особенность гидрологического режима зоны саванны, особенно ярко выраженная во влажной саванне, заключается в том, что паводочный период на реках наступает на 1—1,5 месяца после начала сезона дождей. Объясняется это высокой полевой влагоемкостью почв, которая для влажной саванны оценивается в 300—400 мм (Bultot, 1959, 1962; Gamier, 1960). Следовательно, должно выпасть несколько сот миллиметров осадков, прежде чем почва насытится водой настолько, чтобы появился поверхностный сток и создались предпосылки для массового питания подземных вод. На нижнем графике рис. 34 особыми знаками отмечены подзоны Ш-г, выделенная главным образом по почвенным признакам, и Ш-д, отражающая влияние высотной поясности. Перв а я — это безлистные в сухое время редколесья, например, плато Лунда и некоторые районы Восточной Африки, а вторая — саванны горных склонов Фута-Джалон, Камерун и др. В подзоне Ш-г выпадает осадков (900—1400 мм) меньше, чем во влажной саванне, а в подзоне III-д испарение очень близко к испаряемости, поэтому климатические условия благоприятствуют питанию подземных вод. Напомним, что в тех случаях, когда испарение достигает испаряемости, коэффициент приращения подземного стока К и достигает своего предела — единицы. Это означает, что вся почвенная влага расходуется на питание подземных вод, а испарение после достижения своего предела (испаряемости) прекращается. Но усиленному питанию подземных вод здесь, кроме того, способствуют песчаные почвы, обладающие высокой инфильтрационной способностью. Как правило, подземный сток в этих условиях достигает 40—60% полного, а коэффициенты К и — 0,15—0,2, т. е. приблизительно в 1,5 раза больше, чем во влажной саванне. Все эти черты в еще большей мере усиливаются в условиях горной саванны, например в Камеруне, где выпадает 1500—2000 мм осадков, а испарение, достигает испаряемости (1200 мм). Это благоприятствует формированию весьма обильного подземного стока, составляющего
300 мм при валовом увлажнении в 1500 мм и при полном речном стоке порядка 400—700 мм. Как видно, увеличение валового увлажнения почвы полностью расходуется на подземный сток в реки. Д а ж е в конце сухого сезона реки Камеруна бывают "многоводны за счет обильного подземного стока. Для Африки удалось достигнуть довольно высокой дифференциации структурных воднобалансовых зависимостей саванны. Имеющиеся исходные данные не позволили с такой подробностью их охарактеризовать для Азии и Южной Америки. Для Австралии вовсе отсутствуют необходимые для этой цели материалы. Тем не менее зона саванн на всех континентах, где она имеется, характеризуется исключительным сходством структуры водного б)аланса, которое в такой мере не удалось установить ни для бдной другой географической зоны. Следует напомнить, что структура водного баланса саванны в той или иной мере является следствием ряда антропогенных факторов — уничтожения древесной растительности, земледелия, выпаса скота, особенно при их высокой интенсивности. При этом климатические условия изменяются в малой степени, но воздействия на почву заметно сказываются на изменениях речного стока, его структуры, а также увлажненности почвы и испарения. В тропическом поясе, вероятно, наиболее существенные антропогенные воздействия коснулись зоны саванн. По этой причине структура водного баланса саванн, особенно сухих, в современном ее состоянии не является чисто природным образованием, так как подвергнута существенным хозяйственным воздействиям. Теперь снова вернемся к рис. 34, чтобы охарактеризовать структуру водного баланса весьма типичной для экваториального пояса зоны постоянно влажных вечнозеленых лесов (гилей), занимающих приэкваториальную часть бассейна Конго и неширокую полосу вдоль Гвинейского залива (тип. IV). В этих районах, где осадков выпадает около 2000 мм (в бассейне Конго) и до 3000—4000 мм (на побережье Гвинейского залива), сухой сезон отсутствует, и лишь в отдельных местах он бывает весьма непродолжительным (до 1,5—2 месяцев). Испарение (1100— 1200 мм) близко к испаряемости, а иногда достигает этого предела. В этих условиях около половины количества осадков расходуется на речной сток, а около их четверти — на питание рек подземными водами. Коэффициент питания рек подземными водами весьма высок (0,3—0,4). Такая структура водного баланса характерна для условий высокой увлажненности, если почвы обладают хорошей инфильтрационной способностью, что действительно имеет место, за исключением тех участков, которые затронуты хозяйственной деятельностью. Особенно это относится к антропогенным воздействиям на почву, приводящим к ухудшению ее чрезвычайно благоприятных гидрологических свойств. Характеризуя зональные закономерности структуры водного
ЕД/мм
/
/
/
/
/
в/ —>JK У* « ®/
jftf «-е/
/
у
•в
»
РхСа^
о
' у/
/
о 1500
//
/ Bбо> 1 OJ «II а ф) б+у III Г*
2001
Рис. 35. Структурные зональные зависимости водного баланса Южной Америки Цифры у кривых соответствуют номерам в табл. 18
баланса ]Южной Америки, установленные Г. Я. Карасик (1974), нет нужды повторять все, что было сказано выше относительно структуры водного баланса Азии и Африки. Коснемся лишь тех их черт, которые наиболее существенны для Южной Америки. Прежде всего следует отметить, что в связи со слабой гидрологической изученностью этого континента удалось установить три структурные кривые, две из которых относятся к горам (рис. 35). Для структурной воднобалансовой зависимости зоны саванн Южной Америки типичны почти те же черты, что и для Африки. Это видно по весьма близкому соответствию характера зависимостей для обоих материков. Почти совпадают не только конфигурация кривых, но также и границы между подзонами опустыненной, сухой и влажной саванн. Опустыненная саванна и степи Южной Америки в общем схожи с аналогичной саванной Африки. Различия заключаются в более продолжительном сухом периоде, достигающем здесь девяти-десяти месяцев. В течение двух-трех месяцев влажного сезона выпадает 200—800 мм осадков. Внутригодовая ритмичность увлажнения, высокая испаряемость, а следовательно, и большие потенциальные возможности испарения, лимитируемого ограниченными ресурсами почвенной влаги,— вся эта совокупность условий неблагоприятно влияет на структуру водного баланса. Это усугубляется ливневым характером осадков и слабопроницаемыми почвами с латеритными железистыми водонелроницаемыми панцирями, способствующими образованию довольно обильного поверхностного стока. К такому типу саванны, носящей местное название каатинга, относится северо-восток Бразилии. Сухая саванна в Южной Америке встречается ареалами на границе между опустыненной и влажной саванной в Колумбии
и Венесуэле, по окраинам Гран-Чако и на северо-востоке Бразилии. Д л я нее характерно увеличение продолжительности влажного периода до пяти-шести месяцев, распространение слабопроницаемых коричнево-красных почв с латеритными горизонтами в виде железистых глыб и панцирей. Как и в опустыненной саванне, значительная часть обильного поверхностного стока собирается в западинах и расходуется на испарение. Д л я влажной саванны характерны два подтипа: травянистая (кампос лимпос) и травянисто-древесная (кампос серрадос). Первый подтип распространен в западной части бассейна Ориноко, в бассейне Маморе (бассейн верховьев р. Мадейры), в средней части бассейна р. Токантинс и в бассейне р. Уругвай. Для влажной саванны обоих подтипов характерно увеличение влажного периода до восьми-девяти месяцев, высокий поверхностный сток при большом проценте подземного стока, особенно в травянисто-древесной саванне, что связано с преимущественным распространением в ней ферралитных почв, обладающих высокой инфильтрационной и водоудерживающей способностью. Структура водного баланса равнинных постоянно влажных вечнозеленых лесов (гилей) ввиду отсутствия данных непосредственных наблюдений охарактеризована Г. Я- Карасик по аналогии с соответствующей зоной Африки. Эта зона в Южной Америке более обширна, чем в Африке и Юго-Восточной Азии. Она занимает большую часть бассейна Амазонки, Гвиану, Тихоокеанское побережье Колумбии и приатлантическую полосу на востоке Бразилии. В целом зона гилей в Южной Америке отличается большей увлажненностью, чем в Африке. Особенно это относится к огромным пространствам вечнозеленых лесов Амазонской низменности, где испаряемость низка и, вероятно, не превышает 900—1000 мм. При осадках свыше 2000 мм в таких условиях формируется весьма высокий сток, превышающий 1500 мм на северо-западе бассейна Амазонки. Благодаря почвам, обладающим высокой инфильтрационной способностью, подземный сток составляет почти половину полного речного стока. Кривые II на рис. 35 характеризуют структуру водного баланса пояса горных постоянно влажных вечнозеленых лесов (гилей), которыми заняты приэкваториальные андийские склоны до высот 3200—3500 м. Поскольку диапазон высот в пределах этого пояса весьма велик, постольку и ландшафты в его пределах неоднородны. Это служит основанием деления структурных зависимостей на три группы, отличающиеся между собой испаряемостью, которая в результате снижения температуры воздуха уменьшается по мере приближения к верхней границе пояса. Третья пара кривых на рис. 35 характеризует структуру водного баланса высокогорного пояса — от верхней границы андийских гилей до нивального пояса. На этой паре кривых разные
знаки относятся к трем поясам: а) высокогорные луга (парамос) — наиболее увлажненный высокогорный пояс, где водный баланс формируется на вулканических горных породах, отличающихся высокой проницаемостью; б) кустарниковая злаковая степь (халка), где общая увлажненность снижается, а поверхностный сток увеличивается; в) горная полупустыня (пуна), где выпадает менее 500—600 мм осадков. Условия формирования водного баланса этих горных районов были охарактеризованы подробнее в разделе «Особенности водного баланса горных районов». Следует отметить, что в изучении структурных зональных закономерностей водного баланса Южной Америки сделаны лишь первые шаги. Это объясняется недостатком исходных данных, не позволяющих осветить все разнообразие зональной структуры водного баланса. Более или менее полно охарактеризована структура водного баланса саванны. В основном это обжитые районы, в которых производятся систематические гидрологические наблюдения. Гидрологическая наблюдательная сеть более или менее развита на тихоокеанском склоне Анд, но высотное протяжение бассейнов рек, берущих начало высоко в горах, чаще всего не позволяет отнести полученные данные к одному из высотных поясов. По этой причине для анализа особенностей формирования водного баланса в горах лишь в отдельных случаях удается использовать структурные зависимости. Этим целям служат и другие приемы, о которых уже говорилось. В Северной Америке географическая зональность водного баланса, установленная Н. Н. Дрейер, в самом общем виде повторяет картину зональности Восточной Европы и Восточной Азии. Полученные пять пар зональных структурных кривых приведены г на рис. 36, а их основные характеристики — в табл. 18. Кривые I дают представление о структуре водного баланса тайги (восточная приатлантическая часть Канады) и темнохвойной тайги (между Великими озерами и Гудзоновым заливом). Характерные черты водного баланса этой зоны: осадки в пределах 500—900 мм, низкая испаряемость (около 500 мм), испарение в наиболее увлажненных районах, приближающееся к испаряемости, значительная инфильтрационная способность таежных подзолистых почв, что способствует обильному питанию подземных вод, составляющих 35—45% полного стока при коэффициентах питания подземных вод порядка 0,25—0,3. В- целом основные показатели водного баланса этой зоны близки к показателям северотаежной зоны Европейской части СССР, но в Северной Америке она занимает менее континентальное положение и более увлажнена. Кривые II характеризуют смешанные леса умеренно континентального климата. Они распространены в районе Больших
.5
*I
•Н
/
/
/
/
1000
500
500
Рис.
ЮОО
150$
4
36. Структурные зональные зависимости водного баланса Северной Америки Цифры
у
кривых
соответствуют табл. 18
номерам
в
озер и в верхней части бассейна Миссисипи. Структурные зависимости этой зоны почти совпадают с кривыми аналогичной зоны Европейской части СССР, но в Северной Америке эта зона также больше увлажнена. Если валовое увлажнение в этой зоне в Восточной Европе колеблется в пределах 400— 700 мм, то в Северной Америке — в пределах 500—900 мм, но испаряемость (около 700 мм) почти одинакова. Поскольку в Северной Америке зона смешанных лесов более увлажнена и испарение ближе к испаряемости, постольку и коэффициенты питания рек выше — 0,15—0,2 (в Восточной Европе — 0,1—0,15). Показатели структуры водного баланса прерий и лесостепи, занимающей междуречье Миссисипи и Миссури (кривые III) в Северной Америке, близки к показателям лесостепи Европейской части СССР. Кривые для США и Европейской части СССР почти совпадают, но испаряемость в этой зоне Северной Америки несколько выше. Осадков выпадает также больше, поэтому и валовое увлажнение приблизительно на 70—120 мм выше. Несколько более обилен и речной сток, но подземная составляющая стока несколько ниже, чем в СССР. Это объясняется, повидимому, тем, что черноземы лесостепи Русской равнины обладают весьма высокими инфильтрационными свойствами и обильное питание подземных вод происходит после весеннего снеготаяния в гидрографической сети и в лесу. Черноземы же североамериканской прерии, во-первых, обладают меньшей инфильтрационной способностью в связи с тем, что они заглеены; во-вторых, здесь нет такого концентрированного формирования весеннего стока, как это наблюдается во время снеготаяния в лесостепной зоне Европейской части СССР. Это происходит вследствие того, что в североамериканской прерии преобладает
Таб Система зональных структурных законо
Индексы по рис. 37
I II III IV-a V-a IV-б V-a V-б V-в VI VII VIII
Пояса
Субарктический Умеренный » » » Субтропический и тропический » » » » Экваториальный Горный
Зоны
Осадки (Р). мм
Тундра 370 Тайга 700 Смешанные леса 750 Лесостепь, прерии 650 Степь 500 Восточные приокеанические широколиственные влажные леса 1 300 Саванна опустыненная Саванна сухая Саванна влажная Приокеанические муссонные влажные леса Постоянно влажные вечнозеленые леса (гилеи) Горные приокеанические муссонные влажные леса
300 1 000 1 860 1
600
2 000 2 200
питание рек за счет дождевых вод, для которых характерны более 'низкие коэффициенты стока, чем для весеннего снегового стока Русской равнины. Степи, занимающие большую часть бассейна Миссури, относятся к двум подтипам: умеренно континентальным и сухим континентальным. Аналогом первых являются степи Европейской части СССР, а вторых — сухие степи Западной Сибири и Северного Казахстана (кривые V-a и V-б на рис. 31). Для степной умеренной зоны Северной Америки они объединяются парой кривых (IV) на рис. 36. Указанные кривые для двух континентов весьма близки. Но структура водного баланса североамериканской степи отличается от восточноевропейской и западносибирской большим диапазоном валового увлажнения территории, верхний предел которого на 100—150 мм выше, более высокой испаряемостью (приблизительно на 400 мм) и, наконец, меньшей долей снеговых осадков. Коэффициенты питания рек подземными водами весьма близки. Пятая (V) пара зависимостей на рис. 36 относится к приокеаническим влажным лесам юго-востока США. Осадков здесь выпадает 1000—1600 мм, из которых 300—500 мм расходуется на речной сток, в том числе 100—200 мм подземного происхождения. В сравнении с аналогичной зоной Восточной Азии (юговосток КНР) эта зона в Северной Америке менее увлажнена
лица 19 мерностей водного баланса мира I'ечиой с ток
ПОЛНЫЙ (Ю, мм
Валовое увлажнение подзем- поверхтерриностный ный тории (S), (U), (Г), мм мм мм
Коэффициент Испапитания Испаре- рек под- ряемость ние (Е), земными (Е ), max ' мм водами мм (Ки), мм
Парам етры анали тического ыражени я зависимс)стей а
Ь
Годовой прирост фитомассы, т/га
110 300 250 120 50
40 140 100 30 10
70 160 150 90 40
300 540 600 560 460
260 400 500 530 450
0,13 0,26 0,17 0,05 0,02
400 500 700 900 1 300
300 360 400 600 900
575 940 1 160 1 480 1 770
1—2 10—15 10—15 8—12 4—8
420 20 130 600
120 2 30 240
300 18 100 360
1 000 282 900 1 500
880 280 870 1 260
0,12 0,007 0,03 0,16
1 000 1 300 1 300 1 300
600 900 900 900
1 1 1 1
480 770 770 770
10-15 2—6 6—12 10—20
820
320
500
1 100
780
0,30
900
530
1 680
15—30
1 200
600
600
1 400
800
0,43
800
460
1 620
30—50
1 700
700
1 000
1 200
500
0,58
600
750
1 750
15—30
по всем показателям баланса. Испаряемость здесь приблизительно на 300 мм больше, чем в аналогичной зоне Азии, осадки на 200—300 мм ниже, сток меньше в 2 раза. Одна из основных причин таких различий, вероятно, связана с более сложной орографией соответствующего района в Восточной Азии, что создает более благоприятные условия для образования осадков орографического происхождения. Глобальные закономерности. При характеристике структурных зональных закономерностей отмечались особенности данной зоны для каждого из континентов. Но эти особенности носят более или менее частный характер. Существуют общие черты для каждой из зон, которые при некоторой генерализации можно распространить на весь земной шар. Такая попытка сделана на рис. 37 и в табл. 19. Эта схема освещает далеко не все зоны суши и рассматривается как шаг к познанию общих зональных гидрологических закономерностей земного шара. Исключая полярный пояс, где водный баланс в условиях покровных ледников обладает своими, только им присущими, свойствами, о структуре водного баланса самой суровой зоны можно приближенно судить по субарктической тундре. Главная особенность этой зоны заключается в распространении многолетней мерзлоты и, следовательно, в малом подземном стоке, хотя климатические потенциаль-
2 /
IV
я б" "а"б~Т v
£
/
/
/• *
/ в^ / / /у / /
—
Л
/
г-// /
/ /
,
У XjT // // XZ/'/ / / /
^ а
i —
/
ш
Рис. 37. Мировая система зональных структурных зависимостей водного баланса Номера кривых — в табл. 19. 1 — эмпирические части кривых, 2 — теоретические части кривых
ные условия питания подземных вод (низкая испаряемость) здесь весьма благоприятны. В умеренном поясе обобщенно выделяются тайга, смешанные леса, лесостепь и североамериканские прерии, а также степи. Каждая пара структурных кривых для этих зон располагается в определенной последовательности: с уменьшением увлажненности и ростом испаряемости увеличивается площадь, ограниченная каждой из пар кривых. Это относится к кривым от зоны тундры (кривые I) до зоны степей (кривые V). Но последняя пара кривых относится также и к саванне субтропического и тропического поясов, причем степь и опустыненная саванна укладываются в пределы одного отрезка зависимостей (V-a), а сухая и влажная саванны характеризуются двумя последующими отрезками—V-б и V-в. Оба типа саванн отличаются более высоким уровнем увлажнения, причем влажная саванна соответствует условиям, когда испарение приближается к испаряемости. Далее, зона восточных широколиственных приокеанических влажных лесов относится к более высокому уровню (IV-б) той ж е пары кривых, что и лесостепь и прерии (IV-a), и для нее характерно приближение испарения к испаряемости. Так, если для лесостепи и прерий валовое увлажнение территории ограничивается пределами 400—900 мм, то зоне приокеанических влажных лесов субтропиков соответствует этот элемент баланса в пределах 900—1500 мм. Структуру водного баланса приокеанических муссонных влажных лесов характеризует отдельная пара кривых — VI, а экваториальных постоянно влажных вечнозеленых лесов (гилей) — кривые VII. Для субтропиков, тропиков и экваториального пояса обнаруживается закономерность размещения структурных кривых, обрат-
ная зонам умеренного пояса: каждая пара кривых по мере увеличения общей увлажненности и снижения испаряемости ограничивает все меньшую площадь. Другая особенность заключается в том, что структурные зависимости зон VI (муссонные влажные вечнозеленые леса) и VII (экваториальные постоянно влажные вечнозеленые леса) подобно зонам IV-б и V-в отвечают верхним участкам кривых в пределах, близких к испаряемости.. В этих условиях почти вся почвенная влага, не израсходованная на испарение, идет на питание подземных вод, другими словами, приращению валового увлажнения сверх испаряемости соответствует коэффициент питания рек подземными водами, равный единице. Таким образом, становится очевидным, что те части структурных зависимостей, которые для умеренного пояса (например, для СССР) считались теоретическими (в пределах верхних частей, приближающихся к испаряемости), в субтропическом, тропическом и экваториальном соответствуют фактическому положению и подкрепляются эмпирическими данными. В табл. 19 и на рис. 37 приведена еще одна пара структурных зависимостей (VIII), относящихся к горным условиям. Таких кривых, характеризующих структуру водного баланса в условиях высотной поясности, в принципе должно быть множество. Но здесь приведен пример, соответствующий горному варианту зоны VI. И хотя в районах, которые относятся к этой зоне, высоких гор нет, конфигурация кривых VIII и их параметры служат хорошими показателями глубоких изменений, вносимых горными сооружениями в структуру водного баланса географических зон. В данном случае испаряемость меньше на 400 мм, причем испарение почти достигает испаряемости, а подземный сток превышает расход воды на испарение, что в условиях низменностей— явление редкое и бывает лишь в тех случаях, когда отмечаются аномальные условия, резко отличающиеся от обычного состояния (например, при распространении открытого карста или водопроницаемых вулканических отложений). Структурные зависимости U = f(W), приведенные на рис. 37, соответствуют аналитическому выражению U
= ^ - T f f )
при\Г<а
U=W—~^(2bW—W2—a2) U=W~EmaX
при
при
W>b,
где а и b — параметры, значения которых приведены в табл. ,j8. Уравнение при a ^ W ^ b — п а р а б о л а , относящаяся в основном к эмпирическим данным. Что касается выражения при W
W, для которых соответствующие участки кривых приведены приближенно исходя из теоретических соображений, а при W>b относятся к предельным значениям валового увлажнения, когда dU
v
скорость приращения подземного стока -, т. е. Ки приращений подземного стока, равна единице, что наблюдается при предельных значениях испарения (Е = ЕтаХ). Параметры а и b имеют физический смысл. Они соответствуют определенным значениям валового увлажнения W. Первый из них (а) характеризует наибольшее валовое увлажнение, при котором подземный сток, как и испарение, не зависит от предыдущего увлажнения, т. е. когда аккумуляция влаги в почве практически не влияет на водный баланс. Параболические же части зависимостей относятся к таким условиям формирования водного баланса, когда подземный сток и испарение зависят от степени насыщенности почвы влагой, т. е.— к неустановившемуся режиму. Второй параметер (b) характеризует валовое увлажнение, при котором уже возможна испаряемость, что также соответстdU
вует значению валового увлажнения, при котором
стано-
вится равным единице. Следует отметить, что оба параметра (а и Ь) находятся в довольно четкой зависимости от Етах, причем зависимость 'b = f (ЕтаХ) выражается семейством кривых, каждая из которых, по-видимому, соответствует различным географическим поясам. Система структурных зональных воднобалансовых зависимостей мира лишний раз подтверждает идею А. А. Григорьева о .соотношении тепла и влаги как основной причине формирования географических зон. Вместе с тем эта, казалось бы, простая и в принципе ясная закономерность не может быть ограничена каким-либо одним относительным показателем. Поэтому коэффициенты питания рек подземными водами, как и другие относительные показатели соотношения тепла и влаги, не являются универсальными. В умеренном поясе Северного полушария они уменьшаются с севера на юг, в тропическом и экваториальном увеличиваются к экватору, но это не раскрывает всей сущности водного баланса географических зон. Эти относительные показатели приобретают более полный смысл в сочетании с оценками абсолютных уровней формирования водного баланса, особенно с оценками положения фактического испарения относительно испаряемости. Близкие значения этих двух элементов свидетельствуют о том, что водный баланс формируется в условиях избытка влаги и структура водного баланса в основном зависит от этого важного фактора при недостатке тепла. Наоборот, большой разрыв между фактическим испарением и испаряемостью говорит о недостатке влаги относительно тепла. В этом случае, следовательно, водный баланс формируется в условиях избытка тепла.
Чрезвычайно хорошим показателем процессов, которые происходят в каждой из зон, служит продуктивность фитомассы. Приближенные данные о ней приведены в последних столбцах табл. 17, 18 и 19. Они показывают, что в пределах каждого из географических поясов существует связь между продуктивностью фитомассы и коэффициентами питания рек подземными водами. ВОДНЫЙ БАЛАНС МАТЕРИКОВ
Рассмотрев распределение по территории элементов водного баланса, проанализировав особенности их формирования в горах и структурные зональные закономерности, мы подошли к синт е з у — обобщению полученных результатов для материков. В его основе лежат карты элементов водного баланса, приведенные в первых разделах настоящей главы (рис. 22—26), планиметрирование которых позволило получить данные, помещенные в табл. 20. В табл. 20 приведены и обобщенные данные по СССР. Как уже отмечалось, карты, послужившие для выводов о водном балансе частей света, носят генерализованный характер. Д л я составления существенно более подробных карт сейчас нет оснований, поскольку значительные районы суши eftie слабо изучены в гидрологическом отношении. Охарактеризовать с •большей подробностью один материк, что возможно, например, для Европы, и схематично—такие в общем слабо освещенные в гидрологическом отношении континенты, как Южная Америка, Африка, зарубежная часть Азии, вряд ли было бы правомерно. Поэтому генерализация карт принята более или менее однородной для всех частей света. Различия заключаются лишь в том, что для более изученных стран карты характеризуют элементы водного баланса более точно, для малоизученных — менее надежно. Что же касается сравнительной точности отдельных элементов водного баланса, то ее анализ приводит к выводам, что в целом наиболее надежны данные о полном речном стоке. Это объясняется тем, что опубликованных материалов по этому элементу водного баланса гораздо больше, чем по ежедневным расходам воды, которые необходимы для оценки подземного и поверхностного стока. Достаточно сказать, что по стоку в пределах зарубежных стран мы располагаем данными для нескольких тысяч створов. Кроме того, по ряду стран имеются довольно подробные карты речного стока, при построении которых использована вся сумма имеющихся национальных данных. Так, карта речного стока СССР составлена с использованием данных почти по 6000 пунктам (створам). Не менее подробные карты получены для социалистических стран Европы и для некоторых стран Западной Европы. Детально обоснованные карты речного •стока имеются также по США, Венесуэле, бассейну Л а Платы, Австралии и по некоторым другим странам и районам.
Таблица 20 Водный баланс и ресурсы пресных вод континентов, СССР и суши в целом Элементы
Площадь млн. км2
.
.
.
Европа
Азия
9,8
45,0
Африка
30,3
Северная 1 Америка * 1
1
20,7
I
670
Южная Америка
Австралия **
17,8
8,7
132,3
22,4
1648
736
834
500
294 90 204 630 540
198 46 152 348 300
Вся суша ***
В том числе СССР-
В мм Осадки
(Р)
'о « [полный (R) * ° {подземный (U) ° (поверхностный (5) . . . . Валовое увлажнение территории (W) Испарение (£) . . .
734
726
319 109 210 524 415
293 76 217 509 433 В
Осадки (Р) . . . . . °§ is [полный (R) . . . . ...'.' ® н | подземный {V) . . . . . . ° (поверхностный (S) . . . .. Валовое увлажнение территории (№) Испарение (Е) .
7 165 3 110 1 065 2 045 5 120 4 055
|
686 139 48 91 595 547
287 84 203 467 383
583 210 378 1 275 1 065
226 54 172 564 510
20 780 4 225 1 465 2 760 18 020 16 555
13910 5 960 1 740 4 220 9 690 7 950
29 355 10 380 3 740 6 640 22715 18 975
6 405 1 965 465 1 500 4 905 4 440
110 305 38 830 11 885 26 945 83 360 71 475
35
32
36
24
31
25
0,08 0,23
0,18 0,31
0,16 0,35
0,10 0,31
0,14 0,36
0,13 0,40
R=
мм, .U=7
км3
32 690 13 190 3 410 9 780 22 910 19 500
Относительные Подземный сток в % от полного ( U % ) Коэффициент питания рек подземными водами (Ки) Коэффициент стока (А^) . . . . . .
34 0,21 0,43
10 960 4350**** 1 020 3 330 7 630 6610
величины
26 0,15 0,40
|
* Исключая Канадский архипелаг и включая Центральную Америку. ** Включая Тасманию, Новую Гвинею и Новую Зеландию; только W=400 мм, £ - 3 9 3 мм. ' • *** Исключая Антарктиду, Гренландию и Канадский архипелаг. **** f j e считая 300 км3 транзитного сто
на
этом
континенте: Р = 440 мм,
мм, S = 40 мм,
Основанием для утверждения, что полный речной сток освещен наиболее достоверно, служат также и следующие соображения. Во-первых, территориальная репрезентативность наблюдений над речным стоком значительно выше, чем для осадков, так как первые относятся к более или менее крупным площадям водосборов, а вторые — к точкам. Особенно важно это для районов с пересеченным рельефом, где, как известно, условия осадкообразования чрезвычайно изменчивы и меняются в зависимости от высоты и экспозиции склонов и экранирования осадков. Во-вторых, использованные интерполяционные зависимости для оценки полного речного стока в районах, где он не изучался, более надежны, чем для интерполяции подземного и поверхностного стока. В-третьих, точность величин двух последних элементов водного баланса снижается приближенным характером расчленения гидрографов. Наименее точными следует считать данные об испарении и валовом увлажнении территории, так как при вычислении этих элементов водного баланса могут быть случаи суммирования ошибок, допущенных при оценке двух элементов — осадков и полного стока, в первом случае, осадков и поверхностного стока — во втором. Кроме того, в данные наблюдений над осадками, особенно там, где выпадает значительная часть их в виде снега, требуются поправки. Эти соображения о точности освещения отдельных элементов водного баланса относятся к картам. Относительно более надежными следует признать обобщенные данные по частям света и по земному шару в целом. Наиболее богата водными ресурсами на единицу площади (по слою стока) Южная Америка. Полный и подземный сток этого материка почти в 2 раза больше, чем в Европе, занимающей второе место по богатству водными ресурсами. Затем следуют Азия, Северная Америка и Африка. Наиболее слабо обеспечена речным стоком Австралия. Объем полного и подземного стока зависит от площади данной части света. По этому признаку наиболее богата водными ресурсами Азия. Ей уступает Южная Америка, затем следуют Северная Америка, Африка, Европа и Австралия. Следует напомнить, что для полного представления о водном балансе суши к данным табл. 20 необходимо добавить осадки и сток с покровных полярных ледников Гренландии, Канадского архипелага и Антарктиды. Но подходы к изучению водного баланса этих пространств суши, занимающих значительную ее часть (более 16 млн. км2, или около 11% площади суши), должны быть другими. Если в предложенном мною методе в качестве главных элементов, характеризующих водный баланс и его структуру, принимаются валовое увлажнение территории, генетические составляющие речного стока, особенно сток подземного происхождения, то для покровных полярных ледников такой подход в силу их особенностей лишен смысла.
ГЛАВА VI
ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМА РЕК ЗЕМНОГО ШАРА Водный баланс и балансовая оценка водных ресурсов не исчерпывают всего многообразия свойств, которыми обладают водные ресурсы. Кроме свойств, освещенных выше, необходимо знать колебания водных ресурсов из года в год, сезонные ритмы водного режима, ледовый режим, а также качество вод—содержание в них механических примесей и растворенных веществ, транспортируемых реками. Последнее свойство водных ресурсов— результат эрозионной работы воды, изучение которой имеет большое значение не только для характеристики одной из особенностей водных ресурсов, но также и для того, чтобы знать один из главнейших факторов формирования скульптурных форм рельефа. Нужно еще иметь в виду, что не только водный баланс и водные ресурсы, но и водный режим рек — важный элемент водного компонента природной среды, окружающей людей. Продолжительность маловодья на реках или даже их пересыхание, паводки, изобилие и нередко чрезвычайный избыток воды, когда реки разливаются и служат причиной наводнений, смыв почвы и транспортирование реками наносов, крайним проявлением которого служат селевые паводки, часто наносящие большой ущерб, питьевые качества воды, наличие рыбы, живописные места на реке, озере, водохранилище для спорта и отдыха— все это далеко не безразлично для людей, непосредственно их интересует, так как вода — один из важных компонентов окружающей их природной среды, где развертывается жизнедеятельность человека. Но и для хозяйственной оценки водных ресурсов, для составления проектов их использования и охраны все эти вопросы, как и элементы режима, должны приниматься во внимание. В этой главе освещаются сезонные ритмы водного режима, которые в сочетании с источниками питания рек служат генетической основой речных водных ресурсов, а также твердый и ионный сток.
ТИПЫ ВОДНОГО РЕЖИМА
Первая типологическая карта водного режима рек СССР была опубликована мною более 30 лет тому назад (Львович, 1938). С тех пор эта карта переиздавалась в общегеографических и гидрологических произведениях (Добрынин, 1940 и 1948; Давыдов, 1955). Незадолго до Великой Отечественной войны автор этих строк использовал типологический принцип, принятый для рек СССР, для водного режима рек земного шара (Львович, 1945). В основу типологии водного режима положены два признака: источники питания рек и внутригодовое распределение стока. Эти два признака, как мы увидим, хорошо характеризуют генезис речного стока, с одной стороны, и зональные географические закономерности водного режима рек — с другой. Д л я оценки источников питания я воспользовался методом расчленения гидрографов, изложенным применительно к подземному и поверхностному стоку в IV гл. Однако с целью выяснения генезиса стока поверхностный сток необходимо дополнительно разделить по происхождению на снеговой и дождевой, а для горных рек — еще и на ледниковый вместе с высокогорным снеговым. Оба этих подтипа питания для высокогорных рек оценивать раздельно практически невозможно, поэтому они даются в совокупности. Дифференциация стока по источникам питания производится путем сопоставления хода стока с ходом температуры воздуха, что позволяет установить начало снеготаяния и таяния ледников, и с ходом атмосферных осадков, позволяющих выделить дождевые паводки. Этот метод, конечно, не особенно точен, поэтому не следует пока ожидать от него детализированных результатов, но в пределах тех градаций, которые мы приняли в типологической схеме, можно оперировать полученными данными с достаточной уверенностью. Принятая мною типологическая схема показана на рис. 38. В ее основу положено сочетание источников питания рек с распределением стока по сезонам. Сезоны приняты календарные, так как только таким путем можно получить сравнительную характеристику по сезонам для всей суши в целом, равно как и для крупных районов. Эта схема позволяет рассчитывать на сочетание 12 групп источников питания с 12 группами распределения стока по сезонам, т. е. всего на 144 разновидности режима рек. Однако некоторые из них теоретически невозможны, например преобладание снегового или ледникового питания зймой. Часть сочетаний, по имеющимся данным, не обнаружена, но теоретически они возможны, поэтому некоторые из клеток на схеме могут быть заполнены в дальнейшем по мере получения новой информации. Как видно из схемы на рис. 38, для характеристики соотно-
•чо"^ Vn'b
,50-80% <50% >80% 50-80% <50% >80% | 50-80% <50% >80% | |50-80%
Весна P Лето E Осень A Зима H ою оOO V Л
Снеговое
P Рч РУ
>80% 5 +
50-80% Sx <50% sx о >80% R m О ) =( * 50-80% Rx о <50% zx оm >80% G О ай X X 50-80% Gx <и <50% qx и> о >80% U X ж V. 50-80% Ux т Ч •П <50% ux
]_+
+ + + + +
£
Elf ey
AX Ay ay
¥0) + + + CL X + + Ю XX X X X ail + + XX + X X CO u + X s
X +
И Ну hy
X X X X X X X X X
3
+ + T sOJ
rТо имекЗЩИМСЯданHUN[ необнаружено X С 1 I
+
+
1
1
2-Х
Рис. 38. Типологическая схема водного режима рек земного шара. 1 — СССР, 2 — д р у г и е районы земного шара
шений различных источников, участвующих в питании рек, приняты следующие критерии: > 8 0 % —почти исключительно, 50—80%—преимущественно, <50%—преобладает. Такие же градации приняты для характеристики сезонов, превалирующих по относительным размерам стока в сравнении с годовым. Каждому источнику питания и каждому сезону присвоены буквенные условные обозначения, указанные в схеме. Если данный источник превышает 80%, он обозначается одной большой буквой, например: R — дождевое питание более 80% или S — снеговое питание более 80%. Тогда другие источники, питающие эту реку и в совокупности составляющие менее 20%, поскольку они носят подчиненное значение в формировании режима реки, в формуле типа не обозначаются. Если доля данного источника в пределах 50—80%, то он также обозначается соответствующей большой буквой, но с прибавлением буквы х, что означает, что на долю всех других источников питания приходится от 20 до 50%. Например, если река получает 60% дождевого питания, 25% — подземного и 15% — снегового,, такое сочетание обозначается символом Rx, где л: —совокупное обозначение всех остальных источников питания. Аналогично этому обозначается и распределение стока по сезонам, например, летом— 55% стока, осенью —15, зи-
мой —10, весной 25%: Еу. Формула такого типа режима: Rx—Ey, что, как мы увидим, характерна для режима рек умеренного пояса, формирующегося в условиях летнего муссойа. Наконец, третья группа обозначений относится к случаям, когда преобладающий источник питания составляет менее 50%- Такой тип бывает, когда река питается не менее чем тремя источниками (например, дождевое — 45%, подземное — 30, снеговое — 25%) и получает обозначение гх; по сезонам (зима — 40%, весн а — 30, лето—10, осень — 20% годового стока) обозначается Ну. Символ такого типа режима: rx — hy. Но может быть и тип rx — Ну, что говорит о преобладании дождевого стока преимущественно зимой (характерно для средиземноморского водного режима). Или 5л: — ру — преимущественно снеговой сток, преобладающий весной. Д л я высокогорных рек, получающих питание за счет таяния горных ледников и высокогорных снегов, приняты буквенные обозначения: G, Gx, gx. Д л я обозначения питания рек покровными полярными ледниками приняты эти же символы. Д л я среднегорных рек, получающих питание за счет сезонных снегов (например, для рек восточной части Анатолии или небольших рек, стекающих со Снежных гор в Австралии), сохраняется символ 5 . Признаком сезонного снегового питания в горных районах служит отсутствие многолетнего оледенения. Разъяснив метод, положенный в основу типологии водного режима рек, перейдем к характеристике размещения рек различных типов (см. вклейку, рис. 39). Всего для земного шара по указанной схеме к настоящему времени, как уже отмечено, установлено 40 типов водного режима рек, в том числе для СССР 21 тип. Наиболее суровый водный режим G—Е выражен на арктических островах — Северном острове Новой Земли, на о-вах Франца-Иосифа и Северной Земле, Канадском архипелаге, а также на гигантских покровных ледниках Гренландии и Антарктиды. В советском секторе Арктики оледенение распространено на островах. Его общая площадь — около 55 940 /сж2 (Калесник, 1963). На о-вах Франца-Иосифа, общая площадь которых достигает 16 500 км2, ледниками занято 14 360 км2, или 87% территорий. Большая часть Северного острова Новой Земли также покрыта ледником. На Северной Земле площадь ледников составляет 16910 км2, что достигает почти половины площади этого архипелага. Все эти ледники образуют потоки воды в течение короткого лета. В таких условиях не менее 80% речного стока имеет ледниковое происхождение, а небольшая его часть связана с дождевым, отчасти с подземным питанием. Процесс стока продолжается до двух месяцев — весь годовой сток приходится на лето. Крайний тип рек с таким режимом распространен на периферийных частях Гренландии и Антарктиды. Здесь в течение короткого лета потоки прокладывают себе путь во льду, обра-
зуя ледяные русла. Они текут в абляционных ложбинах, причем поверхностное таяние льда в Антарктиде происходит преимущественно по побережью шириной в 10—12 км, т. е. распространяется до высоты 400—500 м над у. м. Выше абляция выражена незначительно, хотя отдельные крупные реки берут начало с больших высот. Примером может служить река, берущая начало с выводного ледника Ламберта на высоте 900 м (Марков и др. 1968). В американском секторе Арктики большие покровные ледники распространены на островах Канадского архипелага. Общая их площадь, по приближенным определениям, составляет 155 000 км2, но сведениями об их балансе мы не располагаем. Можно предполагать, что они ежегодно сбрасывают в океан 20—30 км3 льда и воды. На большей части территории СССР, на Скандинавском полуострове, в Канаде и на Аляске в той или иной степени преобладает снеговое питание рек. Это чрезвычайно характерно для устойчивой, снежной зимы и преимущественно сухого (с гидрологической точки зрения) лета. Как известно, в условиях континентального климата, господствующего на территории СССР, наибольшее количество осадков выпадает в теплое полугодие, в основном летом, но под влиянием высокой инфильтрационной способности почвенного покрова и большого расхода почвенной влаги на испарение дожди, как правило, не дают стока. Этими причинами обусловлена летняя межень с устойчивым стоком главным образом подземного происхождения. Широтная зональность снегового питания, наиболее ярко выраженная в СССР, исключая крайние западную и восточную части страны, и в Канаде, проявляется в том, что в субарктической области, а также на севере Средней и Восточной Сибири и на севере Канады, особенно в верховьях Юкона и в бассейне р. Макензи, в связи с затяжной зимой процесс снеготаяния, приходящийся в умеренных зонах на весну, переходит здесь на лето (тип Sx—Е), но и после схода снега в остальную часть лета водность рек высока вследствие благоприятных условий формирования дождевого поверхностного стока. Это происходит под влиянием переувлажнения почв тундры и северной тайги. Влияет также и многолетняя мерзлота, часто служащая водоупором и способствующая переувлажнению почвенного покрова. Именно по этой причине на севере наряду со снеговым питанием, составляющим здесь 60—70%, сравнительно большая доля (20—30%) принадлежит стоку дождевого происхождения. Зимой здесь практически стока не бывает, и в условиях многолетней мерзлоты подземные, в основном аллювиальные воды, питающие реки, быстро иссякают и даже сравнительно большие реки пересыхают. Южнее, в таежной зоне, условия питания рек в общем остаются такими же, но снеговое половодье наступает раньше —
поздней весной, но в большей своей части все же проходит летом (тип Sx—Ey). Еще южнее, на значительных пространствах Средней, отчасти Западной Сибири, а также на северо-востоке Русской равнины существенная часть стока, но не более 50%, приходится на весну, а часть переходит и на лето (тип Sx—py). Д л я большей части Русской равнины, для южной половины Западной Сибири и средней части Канады, приблизительно между 50—54° и 58—60° с.ш., характерно преобладание снегового стока, но преимущественно весной (тип Sx—Py). В западных и северо-западных районах Европейской части СССР сказывается влияние Атлантики, благодаря чему зима здесь бывает недостаточно устойчивой, часть снегового стока проходит в течение этого сезона, но основная его доля все ж е приходится на весну. Этот тип режима (sx—ру) характеризуется довольно высоким стоком дождевого происхождения, поэтому хотя и преобладает снеговой сток, но он составляет менее 50% полного. В зарубежной Европе он относится к Карпатам,, предгорьям Альп и довольно обширной полосе, приблизительно между 45—54° с.ш., на юге Канады, простирающейся от Атлантического побережья — Ньюфаундленда и залива Святого Л а в рентия— до Скалистых гор. В Южном полушарии реки со снеговым питанием имеют очень небольшое распространение. Это и не удивительно, если учесть, что южная оконечность Африки достигает лишь 35° ю.ш.г а на этих широтах и в Северном полушарии заметное снеговое питание бывает лишь в горах, например: на востоке Анатолии, в восточной части Тибета и на плато Колорадо. На юге Южной Америки режим рек существенно отличается от того, который наблюдается на таких же широтах Северного полушария в более континентальных условиях Евразии и Северной Америки. В Северной Патагонии и в пределах узкой полосы плато Патагонии, простирающегося вдоль восточного склона Южных Анд, характерен тип режима sx—ру, широко представленный в Северном полушарии на западе СССР и на юге Канады. В Австралии аналогичный тип режима относится к рекам очень небольшой области, берущих начало со Снежных гор. Совершенно особый тип водного режима рек характерен для сухой степи и полупустыни Северного Прикаспия и равнинного Казахстана. Здесь, как известно, большую часть года реки лишены проточной воды: питание рек подземными водами почти не происходит, дождевой сток отсутствует. Проточная вода в реках появляется весной в течение короткого периода. Все эти причины обусловливают тип режима 5 — Р , чрезвычайно характерный для крайних континентальных гидрологических условий. Близок к этому типу режим питания рек Таврической степи в низовьях Днепра и в Северном Крыму. Аналогичного типа режима рек не обнаружено в каком-либо другом районе земного шара.
Реки различных типов снегового питания создают некоторые общие черты водного компонента природной среды, окружающей людей. Общее для режима таких рек — контрастные сезонные колебания их питания с многоводными весной или летом разливами и наводнениями и крайне маловодной зимой, когда реки скованы льдом вплоть до пересыхания в районах многолетней мерзлоты. Еще более контрастен водный режим в южных районах распространения рек со снеговым питанием. Здесь снеговое половодье более кратковременно, а летом реки мелеют или даже пересыхают, разобщаясь на изолированные плесы, в которых вода до следующего половодья иногда существенно засоляется. В таких условиях использование водных ресурсов, особенно в аридных областях, где требуется много воды на орозиение, невозможно без строительства водохранилищ, нивелирующих сезонную контрастность колебаний речного стока, что особенно сильно выражено на реках типа 5 — Р . Но бывают годы, когда снега мало или почва слабо промерзает и снеговые воды расходуются на инфильтрацию. Тогда весеннее половодье мало, а изредка оно и не образуется и водохранилища остаются незаполненными. В таких условиях нельзя обойтись без коренных преобразований, примером которых может служить канал Иртыш — Караганда или огромная межрайонная водопроводная система из р. Ишим. Д л я этих районов характерны наиболее контрастные условия режима рек со снеговым питанием. В средних условиях (например, в подзоне смешанных лесов и в лесостепной зоне Европейской части СССР и в аналогичных природных условиях прерий Канады и США) гидрологический режим рек чаще всего бывает весьма благоприятным. Хотя сезонные колебания контрастны, но они выражены не столь резко вследствие сравнительно высокой водности рек летом за счет подземных, а иногда и дождевых вод, формирующих невысокие паводки. Такие, например, реки, как Десна, Сейм, Хопер, Западная Двина, Мета, Ловать, Луга и многие другие, создают крайне благоприятные условия для использования водных ресурсов и для жизни людей, их отдыха, спортивного рыболовства и т. д. Гораздо более разнообразны и больше распространены типы режима рек с различной степенью преобладания дождевого стока. Если снеговых типов режима рек обнаружено девять и бассейны таких рек занимают около 25—30% территории суши, то дождевых типов насчитывается 21 и относящиеся к ним реки занимают более 60% суши. Значение дождевых типов водного режима не ограничивается приведенными 1 показателями. Едва ли не большую роль играет тот факт, что почти 90% населения земного шара проживает в районах, где преобладают типы дождевого питания рек. Экологические условия, создаваемые реками дождевого питания, весьма' разнообразны, поэтому различен и водный компонент среды, Окружающей людей: от самых З^влажненных экваториальных районов Земли с частыми разли-
вами рек и наводнениями до тропических пустынь зоны пассатов, где появление воды в реках типа вади Сахары, омурамбо Калахари и криков Австралии представляет собой редкое явление, иногда разделенное годами. В Южном полушарии, исключая Антарктиду, высокогорные части Анд и сравнительно небольшой район плато Патагонии, реки дождевого питания распространены повсеместно, а в Северном полушарии они занимают не менее половины суши. Д л я экваториальной зоны Южной Америки, особенно для бассейна Амазонки, характерно преимущественно дождевое питание, где преобладает осенний сток Северного и Южного полушарий (тип Rx—ay). Здесь подземный сток достигает 40% полного речного стока. По существу реки этого района в течение круглого года многоводны, но некоторое увеличение стока характерно для осени. Примерно такие же условия питания, но при более ярко выраженном осеннем стоке (тип Rx—Ay) присущи рекам экваториального пояса, а в его юго-западной части он сменяется типом Rx—еу, что говорит о некотором преобладании летнего стока, т. е. соответствует тропическому типу питания не только Южной и Северной Америки, но также и югу Африки и восточной, отчасти западной Австралии. Дождевое питание почти в чистом (R—Ах) выражено в средней Африке и на юге Деканского полуострова, где подземное питание рек составляет менее 20% и сохраняются некоторые гидрологические черты экваториального пояса. В южной части Азии (Пакистан, Иран, Ближний Восток* юго-восточная и юго-западная части Аравийского полуострова)», а также на юге Европы и крайней северной оконечности Африки выражен так называемый средиземноморский тип режима (Мартонн, 1939, Parde, 1955), для которого характерно сухое лето и влажная зима с обильными осадками, часто переходящими на весну (напомним, что речь идет о календарных сезонах). На юге Пиренейского и Апеннинского полуостровов, на юге Анатолии, на Ближнем Востоке, на юге Ирана и Пакистана выражен крайний для Евразии тип такого режима Rx—Ну, а в других районах на юге Европы, а также на севере Африки—• тип Rx—hy и rx—hy. Но нельзя с ним смешивать такой же по форме тип Rx—hy, характерный для рек севера Франции, Ютландского полуострова, южной окраины Скандинавии, а также Великобритании и Ирландии. Здесь дождевые осадки выпадают более или г^енее равномерно в течение года, но зимой значительная часть их питает реки, а летом они расходуются на инфильтрацию и большей частью испаряются. В реки же в этовремя года попадает сравнительно мало воды: систематически — за счет подземного стока и эпизодически — за счет кратковременных ливневых дождей. В Северной Америке средиземноморский режим типа rx-^hy распространен в Калифорнии. В Южном полушарии аналогичный тип режима наблюдает-:
ся на реках крайней южной оконечности Африки (R—Ну) и в Чили — на узкой полосе между Андами и Тихоокеанским побережьем ( r x — h y ) . На крайнем западе Австралии, вероятно, выражен наиболее экстремальный тип средиземноморского режима рек Rx—Н, так как во все сезоны, кроме зимы (Южного полушария), реки преимущественно пересыхают. На обширной площади Южной Австралии водный режим рек относится к типу Rx—Ну, а в районе Мельбурна, а также в Тасмании и Новой Зеландии — к типу Rx—hy. Но на реках юго-восточного склона Новозеландских Альп, достигающих высоты 3764 м (гора Кука), в центральной части Южного острова Новой Зеландии существенную долю составляет ледниковое и высокогорное снеговое питание. Здесь ледники занимают более 1000 км2. Сток многих рек здесь достигает 5000 мм. Осадки выпадают в основном зимой и в этот же сезон образуют паводки на реках за пределами горного пояса (тип Rx—hy). В горах зимой аккумулируются огромные массы снега, питающего ледники, но ледниковый сток в реки происходит летом (тип gx—еу). В результате такого сочетания некоторые реки смешанного питания отличаются устойчивым, и притом весьма высоким, стоком в течение всего года. Это особенно относится к рекам северо-западной части Южного острова. Что касается юго-восточной части, то дождевых осадков выпадает здесь меньше, поэтому для рек смешанного ледниково-дождевого питания в большей степени сказывается влияние ледникового стока: летом реки многоводнее, чем зимой. В Южной и Юго-Восточной Азии на огромном пространстве проявляется действие летнего муссона, оказывающего большое влияние на режим рек. Это выражено в продолжительных летних паводках, сливающихся в единую волну половодья, и в сравнительной маловодности рек зимой. Муссонный тип гидрологического режима наиболее ярко проявляется в западной половине Индостана (тип R—Е), близкие к нему черты (тип R—Еу) имеют реки на востоке Индостана, а на большей части Индокитая— Иравади, Меконг и др.— Rx—Еу. Более «размытый» муссонный тип характерен для рек восточной половины Китая (тип Rx—еу) — Янцзы, Хуанхэ (исключая тибетские части верховьев этих двух рек). Здесь, во-первых, увеличивается доля подземного стока, во-вторых, часть наибольшего стока переходит на весну и начало зимы, благодаря чему продолжительность маловодного периода уменьшается. В северной части К Н Р и в Корее снова появляются реки с режимом типа R—Еу, сменяющимся на реках севера типами Rx—еу и Rx—Еу, характерными для бассейна Амура и побережья Охотского моря. Здесь в общем снега мало, поэтому преимущество остается за дождевым стоком, сосредоточенным главным образом летом. Еще более резко такие условия питания рек выражены восточнее низовьев Лены, в районе хребтов Верхоянского и Черского,
где снега очень мало, и он тает при одновременном питании рек дождевыми осадками. Весь сток здесь проходит в течение кратковременного лета, а в остальную часть года реки очень маловодны или сток в них иссякает. По этой причине режим рек этого района относится к типу rx—Е, что является аномалией, связанной не столько с обилием дождевого стока, сколько с отсутствием других источников питания рек, а также с крайне суровыми условиями в течение большей части года. Следует подчеркнуть, что и полный речной сток в этом районе мал и его величины преобладают в пределах 50—100 мм. В этом отношении режим питания рек типа rx—Е имеет некоторое сходство с режимом питания рек типа 5—Р, который также связан с маловодьем и возможностью образования только снегового стока во время непродолжительного весеннего таяния сравнительно маломощного здесь снегового покрова. Если режим питания 5 — Р относится к условиям континентальной полупустыни и сухой степи и является крайним выражением континентальных засушливых условий умеренного пояса, то тип rx—Е—выражением крайних континентальных условий Субарктики. Реки, на которых преобладает дождевой сток, имеют большое распространение и в других районах СССР — в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Здесь в той или иной мере сказывается влияние тихоокеанского муссона, по этой причине осадки выпадают летом. Глубокий зимний антициклон с центром в Якутии обусловливает малые зимние осадки в этой части страны, поэтому снеговой паводок здесь очень незначителен, а летнее половодье связано с муссонными дождями, которые на Дальнем Востоке бывают обложными и продолжительными. Такой режим в сочетании со сравнительно малой пропускной способностью речных русел приводит к частым разливам и наводнениям, особенно ощутимым в Приамурской и Ханкайской низменностях. Муссонный тип водного режима (Rx—Еу и Rx—еу) охватывает почти весь Дальний Восток, исключая район низовьев Амура и Северного Сахалина, где выпадает довольно много снега, в связи с чем преобладает снеговой сток. Однако снеговое половодье частично переходит на лето и сливается с половодьем, вызванным летними дождями. В таких условиях формируется режим типа sx—еу. Преобладание дождевого стока в Забайкалье (типы Rx—Еу и Rx—еу) связано главным образом с малым количеством снега. Здесь вообще выпадает мало осадков и сток невелик, но все же, насколько это удается установить, преобладает дождевой. Д л я этих районов характерен крайне малый подземный сток, что связано не только с общей засушливостью, но также и с распространением многолетней мерзлоты. Значительное влияние на водный режим этих районов оказывает также горный характер местности со свойственными ему гидрологическими особенностя9 - 4897
225
ми — неодновременностью таяния снега, улучшением условий конденсации паров атмосферы и повышенным количеством дождевых осадков. Аналогичный режим присущ и рекам Лено-Алданского плато и Вилюйской низменности, но различие заключается в том, что здесь он формируется в условиях плоской местности, снеготаяние одновременно охватывает огромную территорию, а влияние муссонных осадков на этот район сказывается в очень малой степени. По этим причинам здесь преобладает тип режима Sx— Еу. Нужно, однако, заметить, что генезис водного режима рек Забайкалья и Якутии изучен недостаточно. Размеры стока снегового и дождевого происхождения здесь почти одинаковы. По этой причине, отдавая предпочтение одному из этих источников питания, мы не гарантированы от возможных ошибок. Для зарубежной Европы, исключая Скандинавский полуостров, типично преобладание дождевого питания, о котором было сказано в связи с характеристикой средиземноморского режима. Но на большей части Центральной Европы, на Балканском полуострове, исключая его южную часть, в горах Апеннинского полуострова и в северной части Пиренейского полуострова распространен тип водного режима гх—ру. Здесь превалирует весенний сток в основном дождевого происхождения с добавлением в некоторых районах снегового стока. В Северной Америке дождевой сток рассмотрен выше лишь для средиземноморского типа в Калифорнии. В Мексике, на севере Центральной Америки и в США в полосе вдоль Мексиканского залива, включая Флориду, выражен тип режима, характерный для тропиков, — Rx—еу. Реки с типом режима Rx—ру распространены к северу от 30—32° с. ш. на территории в виде полосы, пересекающей почти весь континент от Атлантического побережья между Нью-Йорком и Северной Флоридой до Калифорнийского залива на Тихоокеанском побережье. Далее к северу в районе Великих озер (кроме оз. Верхнего) распространен режим типа гх—ру. К этому же типу режима на западе относятся реки Большого Бассейна. Происхождение его связано с появлением снегового питания, которое, однако, подчиняется дождевому. В Скалистых горах и к востоку от них, включая бассейн Миссури (приблизительно южнее границы штатов Северная Дакота и Южная Дакота), преобладают реки с режимом типа гх—еу. Здесь помимо дождей в теплый период года частично происходит таяние снега в горах, поэтому превалирует летний сток. Теперь нам остается охарактеризовать особенности водного режима рек наиболее крупных горных районов. В Альпах насчитывается около 1200 ледников общей площадью 3600 км2, из которой 60% приходится на Западные Альпы и 40% — н а Восточные. Они питают реки бассейнов верхнего течения Дуная, Рейна, Роны, По и др. В Альпах преимущественно ледниковое питание типа gx—Еу свойственно сравнитель-
но небольшим рекам с площадью бассейнов в десятки, но не больше сотни квадратных километров. Например, по данным, которые приводит О. Лючг (Ltitschg, 1926), бассейны альпийских рек с площадью оледенения более 30% в редких случаях достигают нескольких сот квадратных километров. Но вполне яркие черты ледникового режима типа Gx— Еу и gx — Еу проявляются на сравнительно небольшой площади за пределами оледенения. Объясняется это тем, что большая часть альпийских рек после выхода из гор попадает в обильно увлажненные районы Центральной Европы, где преобладают весенние дождевые, отчасти зимние и летние осадки. По этой причине черты альпийского ледникового питания рек скоро после выхода из гор нивелируются режимом дождевых осадков. В Европе небольшой очаг ледникового питания относится к Пиренеям, где оледенение занимает всего лишь 30 км2. Но здесь превалирует питание рек сезонными снегами, что и отражено на карте. Значительно большая роль в питании рек принадлежит ледникам и высокогорным снегам в Скандинавии, где общая площадь оледенения достигает 5000 км2, т. е. в 1,5 раза больше, чем в Альпах, и почти в 3 раза больше, чем на Кавказе. Здесь в юго-западной и северо-западной частях полуострова распространен режим рек типа gh—Еу, но сравнительно подчиненная роль ледникового питания связана с обильным снегом, таяние которого также переходит на лето и совпадает с обильными летними дождями. Северо-западный склон Скандинавии принадлежит к числу наиболее увлажненных районов суши, причем обильное снеговое, отчасти дождевое питание подавляет проявление ледникового, хотя и по абсолютному значению оно довольно велико в этом районе. На Большом Кавказе насчитывается 2200 ледников площадью 1780 км2. Общая площадь оледенения Кавказа несколько больше площади ледников, но в сравнении со всей площадью Кавказа (440 000 км2) она невелика. Тем не менее таяние ледников отчетливо сказывается на водном режиме рек Кавказа. Это связано с тем, что реки, весьма многоводные в горах, по выходе из них попадают в сравнительно засушливые районы. Поэтому черты ледникового режима кавказских рек, особенно Куры, Терека, Кубани, сохраняются до нижнего течения. Это ярко выражено в режиме Терека с притоками Баксан и Малка, на Кубани, отчасти на Куре. Левые притоки Куры я отношу к типу gx—Еу — преобладает ледниковое (включая и высокогорное снеговое) питание преимущественно летом. Теоретически бассейны горных рек в пределах пояса оледенения формируют режим gx—Еу, но в условиях Кавказа водосборы всех рек с таким типом режима едва ли занимают площадь в несколько сот квадратных километров, и на карте мелкого маштаба его отразить трудно. Д л я этого требуются специальные исследова9*
227
ния, результатом которых может явиться крупномасштабная карта питания рек Кавказа. В условиях Кавказа при площади оледенения менее 2000 км2 водный режим рек с преобладанием ледникового и высокогорного снегового питания распространяется на площадь приблизительно в 50 000 км2, но это явление, как сказано, объясняется тем, что многоводные горные реки Кавказа по выходе из гор получают сравнительно малое дополнительное питание за счет других источников. Для того чтобы не возвращаться к рекам Кавказа, мы осветим здесь и другие типы водного режима его рек, подчеркивая, что в условиях горных ландшафтов определение границ различных типов питания не лишено некоторых условностей. Черты высокогорного режима распространяются и на реки восточной части Большого Кавказа, но здесь уже преобладает питание сезонными снегами, которое под влиянием высотной поясности в значительной части переходит на лето (тип sx—еу). В западной части Большого Кавказа и на Малом Кавказе таяние сезонных снегов происходит главным образом весной, поэтому формируется режим типа sx—ру. На Черноморском побережье Кавказа реки питаются преимущественно дождевыми водами при преобладающем числе паводков весной (тип Rx— ру). В предгорьях северного склона Большого Кавказа, в долине Аракса и в Талышских горах также превалирует дождевое питание, но не в такой степени, как на Черноморском побережье (тип гх—ру). Наконец, в зоне распространения обладающих высокой инфильтрационной способностью вулканических горных пород на Малом Кавказе и конусов выноса в предгорьях КураАраксинской низменности преобладает питание рек подземными водами. Здесь на конусах выносов образуются реки типа Карасу, питающиеся преимущественно подземными водами. В Куринской низменности эти реки в отношении сезонного распределения стока (главным образом летнего) сохраняют черты высокогорного режима (тип их—еу), а на южном склоне Малого Кавказа преобладают подземное питание и весенний сток (тип их—ру). В условиях континентального и в общем засушливого климата в горах Средней Азии формирование ледников менее благоприятно, чем на Кавказе. Тем не менее здесь благодаря большим высотам, чем на Кавказе, оледенение весьма распространено. Общая площадь оледенения Тянь-Шаня, в основном его восточной части, составляет 8474 км2, а Памира — свыше 8000 км2 (Калесник, 1963). Таким образом, общая площадь оледенения Средней Азии почти в 10 раз превышает оледенение Кавказа и в 5—6 раз оледенение Альп. Соответственно большую площадь здесь занимают и бессейны рек с чертами ледникового и высокогорного снегового питания. Широкое распространение ледникового питания рек за пределы оледенения, особенно ярко выраженного в Средней и Центральной
Азии, связано с тем, что реки после выхода из гор получают ничтожно малое питание за счет других источников. Поэтому черты высокогорного ледникового питания реки в Средней и Центральной Азии сохраняют далеко за пределами гор. Это явление отмечалось и на Кавказе, но здесь оно выражено более ярко. Реки восточной части Тянь-Шаня и всего Памира мы относим к режиму преимущественно ледникового и высокогорного снегового питания летом (тип Gx—Еу). Реки западной части Тянь-Шаня с хребтами Пскемским, Чаткальским, Таласским и Киргизским относятся к типу, характеризующемуся господством снегового (сезонного) питания летом (тип sx—еу). Аналогичный тип режима формируется в условиях Джунгарского Алатау, но здесь преобладает сток весной (тип sx—ру). Полагаю, что было бы целесоообразно выделить в отдельную группу режим питания рек за счет горных сезонных снегов. Широкая предгорная полоса вокруг гор Средней Азии, включая и Ферганскую долину, отличается преобладанием подземного питания рек — крайнее выражение такого питания на реках типа карасу. Для рек Копетдага на территории СССР характерен дождевой сток весной (тип гх—ру). На Алтае в пределах СССР насчитывается 840 ледников, общая площадь их 628 км2 (Калесник, 1963). В высокогорной части Алтая представлен режим рек типа gx—Еу, а в предгорья х — типа Sx—еу. В Западных Саянах он переходит в тип sx—Еу. На севере Забайкалья в Становом нагорье в пределах хр. Кодар недавно было открыто более 30 ледников общей площадью около 15 км2 (Преображенский, 1960). Доля ледникового питания рек в этом районе должна быть небольшой, поэтому мы его не выделяем. Однако в пределах Кодара, где, по данным В. С. Преображенского, выпадает много снега, имеются основания выделить тип режима Sx—Еу. На Верхоянском хребте наибольшее оледенение распространено на юге в пределах гор Сунтар-Хаята. Здесь разные исследователи насчитывают от 208 до 240 ледников общей площадью 206—246 км2, питающих приток р. Охоты р. Дельку, приток Май (впадает в Алдан) р. Юдому и р. Агояк — приток р. Сунтар в верхнем течении Индигирки. На хр. Черского также обнаружено довольно существенное оледенение—143 км2. Особенно распространено оледенение на южном отроге хр. Черского — хр. Улахан-Чистайский, где около 100 ледников, питающих левые притоки верхнего течения р. Момы (приток Индигирки), занимают площадь 95 км2. В этих двух районах имеется основание выделить режим рек типа gx—Е. На Камчатском полуострове общая площадь оледенения оценивается в 870 км2, причем более половины этой площади относится к центральной части Срединного хребта. На Камчатке
можно выделить по крайней мере три района водного режима типа gx—Еу. Исследованиями J1. Д. Долгушина (1961), А. О. Кеммериха (1960) и J1. С. Троицкого (1961) на Полярном и Приполярном Урале обнаружено около 120 ледников общей площадью 25 км2. Однако влияние столь небольшого оледенения на водный режим рек носит чисто местный характер, и на мелкомасштабной карте его невозможно отразить. В зарубежной Азии крупнейшее оледенение, с которым связано ледниковое и высокогорное снеговое питание рек обширного района Центральной Азии и севера Индостана, приурочено к Гималаям, Каракоруму и Тибету. Общая площадь оледенения в Гималаях достигает 33 250 км2. Главная черта высокогорных Гималаев — исключительно высокая увлажненность его южного склона, особенно в восточной части. Здесь благоприятны условия конденсации атмосферной влаги, которую доносит муссон. Благодаря этому количество осадков достигает здесь 3000—5000 мм и даже больше. В сезон муссона осадки в основном выпадают на больших высотах в виде снега, образующего мощные лавины, смещающие снег к более низким отметкам, где он тает и дает сток или же питает фирновые поля. Левые притоки Ганга, стекающие с Гималаев, и притоки Инда принадлежат к числу весьма многоводных рек, питающихся в основном ледниковыми и снеговыми водами, а по выходе из гор — и дождевыми осадками. На южном склоне Гималаев в пределах не очень широкой полосы выражен тип режима gx—Е. Несомненно, что в условиях наиболее высоких частей Гималаев наблюдается режим G—Е, близкий к режиму районов распространения покровных полярных ледников. Только в условиях грандиозного оледенения Гималаев удается обнаружить этот крайне суровый тип водного режима высокогорных рек. Сразу же после выхода рек из гор к ледниковому стоку добавляется обильный сток муссонных дождей, выпадающих одновременно со снеготаянием и абляцией ледников в Гималаях. По этой причине на сравнительно коротких участках водность рек в теплую часть года резко возрастает и режим приобретает тип gx—Еу, а потом и Rx—Еу. За счет оледенения Каракорума, занимающего 17 000 км2 (около 37% горной страны), а также Гиндукуша (площадь оледенения более 6000 км2) питаются реки бассейна Инда и верховьев Амударьи (Пянджа) (тип gx—Еу). В Тибете оледенение довольно распространено. На этом суровом нагорье реки, вероятно, питаются за счет многолетнего оледенения и сезонных снегов, и основное питание их приходится на лето. В Восточном Тибете в формировании речного стока преобладают сезонные снега, исключение представляет НаньШань, где оледенение достигает почти 1300 км2 и за счет него питаются левые притоки верховьев Хуанхэ; питание за счет
сезонных снегов характерно для верховий рек Янцзы и Меконга. В районах, обрамляющих горы Центральной и Средней Азии, преобладает подземный сток, о чем уже было сказано. Наиболее выражены типы их—еу или их—ру в предгорных флишевых зонах, сложенных мощными рыхлыми продуктами денудации горных массивов. В таких условиях ни снег, ни дождевые осадки не дают существенного поверхностного стока; вода просачивается вглубь, образует более или менее обильные подземные воды, служащие источниками питания рек, которые в Средней и Центральной Азии приобрели название Карасу. Карасу обычно не особенно многоводны, их расход более или менее устойчив, но главное — они несут свои воды в засушливые районы, обрамляющие горы. Поэтому им принадлежит важное хозяйственное значение. Один из крупнейших очагов горного оледенения находится в Северной Америке — на Тихоокеанском побережье Аляски. Здесь чрезвычайно благоприятны условия для конденсации атмосферной влаги, поэтому годовое количество осадков достигает 5000—6000 мм. Оледенение на Южной Аляске охватывает площадь в 52 000 км2 (Калесник, 1963). Центрами оледенения являются горы Чугач и Святого Ильи, с которых сползают огромные ледники, многие из них — очень низко, а некоторые достигают даже уровня океана. В этом районе режим многочисленных весьма многоводных рек принадлежит к типу G—Еу. Но на Аляскинском хребте и в северной части Берегового оледенение менее распространено, и режим здесь сменяется типом Gx—Еу, а в южной половине Берегового хребта — типом gx—Еу. Такой же тип режима выделен в Скалистых горах для рек, берущих начало в пределах южной части Передового хребта и гор Селкирк. В остальных горных районах Северной Америки — в Канаде между Береговым хребтом и Скалистыми горами, в США в Скалистых и Каскадных горах — небольшие очаги оледенения оказывают влияние на режим лишь отдельных небольших рек, но преобладает здесь влияние сезонных снегов, формирующих типы режима sx — Еу, Sx — Еу, а в Неваде — Sx — Ру. Общее оледенение в Андах достигает 25 000 км2, но наиболее существенное его влияние на питание рек сказывается в южной части Патагонских Кордильер (южнее 46° ю. ш.), где сосредоточено более 20 000 км2, или 80% площади оледенения Южной Америки. Западный склон этой части горного хребта весьма обильно увлажнен: количество осадков превышает здесь 4000—5000 мм, поэтому многие ледники достигают уровня океана. Подземному стоку здесь принадлежит второстепенная роль в связи с распространением слабопроницаемых изверженных кристаллических горных пород. Тип режима рек здесь gx—Еу, но наиболее выражен он на восточном склоне Кордильер, хотя оледенение здесь меньше, чем на западном. Это связано с тем, что юг Аргентины в пределах равнинной части Патагонии в
общем засушлив (здесь выпадает около 200—250 мм осадков), а местный полный речной сток уменьшается до 10—20 мм, причем благодаря наличию снежного покрова он в основном приходится на весну. По этой причине обильное высокогорное ледниковое питание, приходящееся на лето, во времени не совпадает с местным стоком, формирующимся на равнине. В таких условиях высокогорное питание рек прослеживается довольно далеко за пределами оледенения. Подобное явление было уже отмечено для рек Кавказа, а также для рек гор Центральной и Средней Азии. К северу от Патагонских Кордильер Анды весьма засушливы, поэтому оледенение здесь выражено слабо, а отдельные его очаги не оказывают заметного влияния на питание рек. Лишь в Западной Кордильере, севернее г. Лимы (между 9 и 11° ю.ш.), оледенение достигает существенных размеров и участвует в питании рек тихоокеанского склона, а также левых притоков верховьев р. Мараньон на восточном склоне. Таковы основные черты водного режима рек, зависящие от источников питания и внутригодового распределения стока. Хотя карта на рис. 39 представляет собой схему и не претендует на детали, она дает все же довольно сложную типологическую картину, обобщение которой позволяет выделить географические пояса водного режима рек, которые охарактеризованы в другой работе автора (Львович, 1956). ТВЕРДЫЙ И ИОННЫЙ с т о к
Твердый сток, или количество наносов, транспортируемых речными потоками, вместе с ионным стоком характеризует интенсивность современной эрозии. По происхождению речные наносы делятся на две группы: 1) наносы, поступающие в реку с поверхностным стоком и образующиеся в результате смыва почвенного покрова и появления оврагов; 2) наносы, происхождение которых связано с переформированием речных русел, т. е. являющиеся продуктом работы самих рек, речных потоков. Наносы, транспортируемые реками, трудно разделить по их происхождению. О соотношении двух групп наносов можно приближенно судить по данным непосредственных экспериментальных исследований смыва почвенного покрова, но таких данных пока еще сравнительно немного. Началу изучения твердого стока рек СССР уделила внимание в последней четверти прошлого столетия Навигационно-описная комиссия Министерства путей сообщения. В действовавшей тогда инструкции по производству гидрометрических работ, составленной известным гидрологом В. М. Лохтиным, были даны указания о взятии проб воды для определения ее мутности.
Систематические измерения расходов взвешенных наносов производились в начале текущего столетия на Волге в Тетюшах под руководством другого известного гидролога — С . П. Максимова (1905). Крупный этап в развитии изучения твердого стока — исследования Гидрометрической части Туркестанского края, организованной и руководимой в течение ряда лет гидрологом В. Г. Глушковым, которого можно считать основоположником современного направления изучения наносов. В отчетах Гидрометрической части Туркестана (1910—1912 гг.), а затем в бюллетенях Гидрометрической части Кавказа (1914—1917 гг.) содержатся весьма интересные данные по твердому стоку рек этих районов (Глушков, 1961). Дореволюционные работы по изучению твердого стока, исключая исследования в Средней Азии, носили эпизодический характер. Эти работы значительно расширились и окрепли в методическом отношении после Великой Октябрьской революции. Большую роль в развитии изучения твердого стока сыграли монографии М. А. Великанова (1948), Г. В. Лопатина (1952), Г. И. Шамова (1954), Н. И. Маккавеева (1955), А. В. Караушева (1948) и ряд других исследований. Фундаментальной основой для упомянутых обобщений по твердому стоку служат систематические наблюдения на сети гидрологических станций Гидрометеослужбы. В 1930 г. наблюдения над наносами производились на 40 гидрологических станциях, в 1940 г.— на 320 станциях, в 1946 г.— на 778 станциях (Шамов, 1954). Составленные Г. В. Лопатиным карты твердого стока рек СССР для Физико-географического атласа мира (листы 227, 228, 1964 г.) основываются на данных наблюдений на 1200 гидрологических станциях. В зарубежной литературе первые данные о твердом стоке отдельных рек стали появляться с конца прошлого столетия. К числу таких рек относится, например, Потомак. Но основные литературные источники по твердому стоку зарубежных рек появлялись в течение истекших двух десятилетий. Прежде чем перейти к характеристике твердого стока рек, необходимо кратко осветить процесс движения наносов в речных потоках. Перемещение наносов в речном потоке происходит благодаря турбулентному движению водной массы. Количество наносов, транспортируемых реками, зависит от большого числа факторов. Под влиянием турбулентного движения воды — пульсаций струй потока — часть транспортируемых рекой наносов движется скачкообразно: частицы наносов, аккумулированные на дне, взвешиваются в воде и некоторое время переносятся потоком, но, когда взвешивающие силы потока уменьшаются, частицы
снова падают на дно. Наиболее мелкие частицы наносов длительное время переносятся речным потоком во взвешенном состоянии. Такие наносы называют взвешенными, а часть наносов, перекатываемых по дну, — влекомыми. Фактически к влекомым относят также часть наносов, перемещающихся скачкообразно, из-за особенностей приборов — ловушек, служащих для изучения влекомых наносов: в них попадают как собственно влекомые, так и наносы, движущиеся скачкообразно. Вместе с тем часть скачкообразно передвигающихся наносов в момент их взвешивания попадает в пробу воды, по которой судят о количестве взвешенных наносов. Лишь в горных потоках более или менее четко выражено движение влекомых наносов. Однако автор неоднократно наблюдал на бурных участках кавказских рек Баксана и Малки скачкообразное движение довольно крупных валунов. Наносы, прекратившие по тем или иным причинам свое движение и аккумулированные на дне русла, называют отложениями или донными наносами, но и они, строго говоря, неотделимы от наносов, транспортируемых рекой. Так, часто бывает, что донные наносы, аккумулированные в русле во время межени, при прохождении паводков и половодья взвешиваются и становятся влекомыми или взвешенными. Из сказанного видно, что не существует вполне определенных границ между наносами различных видов: одна категория наносов при изменении гидравлических условий потока переходит в другую. Определение количества влекомых по дну реки наносов представляет трудное дело. Существующие для этой цели донные ловушки недостаточно совершенны. По этой причине в тех случаях, когда необходимо учесть все наносы, транспортируемые рекой, обычно считают, что влекомые составляют около 10% взвешенных. Это соотношение установлено на основании некоторых эмпирических данных, но его нельзя признать вполне универсальным. В представленных ниже материалах по твердому стоку к взвешенным наносам прибавлено 10%, чтобы получить всю сумму транспортируемых реками наносов. Твердый сток изучен не так полно, как сток воды, публикаций по этой проблеме меньше, поэтому в целях унификации необходимо условиться о наиболее важных терминах. Под расходом наносов понимается количество взвешенных и влекомых по дну потока наносов (например, в килограммах или тоннах), транспортируемых через данное сечение русла в единицу времени, обычно в секунду. Твердый сток, или годовой твердый сток, — количество наносов, транспортируемых рекой в течение года; он обычно выражается в тысячах или в миллионах тонн. Мутность воды — содержание наносов в единице объема речной воды; она выражается в граммах на литр или на кубический метр воды. Мутность может относиться к измеренному
расходу наносов и воды, и тогда делением расхода наносов на расход воды вычисляется средняя мутность данного секундного расхода. Но средняя мутность воды определяется также для месяца, года и многолетнего периода делением объемов наносов, транспортируемых за данный период, на соответствующие объемы стока воды. Модуль твердого стока характеризует средний для речного бассейна или для континента смыв наносов в тоннах с одного квадратного километра. Здесь используются данные о модулях твердого стока, средние за многолетний период. Модуль твердого стока, пересчитанный в слой, для чего необходимо располагать данными об объемном весе наносов, дает представление о среднем для речных бассейнов страны, континента или для суши в целом слое почвогрунтов, смываемых за год. Все сказанное относится к механической работе воды в процессе ее движения на водосборе реки в виде поверхностного (склонового) стока и в руслах рек. Но этим не ограничивается работа воды. Большую роль играет растворение горных пород и почв, в результате которого речная вода в той или иной мере оказывается минерализованной. Д л я характеристики сумм растворенных веществ, транспортируемых реками, О. А. Алекин предложил, как мне кажется, удачный термин —« ионный сток», обычно выражаемый в тоннах за год. Сумму твердого и ионного стока удобно объединить термином «сток продуктов эрозии», выражаемым также в тоннах за год (Львович, 1971-6). Сток продуктов эрозии, отнесенный к площади, на которой он происходит, я называю модулем эрозии (в тоннах с квадратного километра), а эту величину, пересчитанную в слой (в миллиметрах),— средним годовым слоем эрозии. Изучение твердого стока позволяет осветить интенсивность современной эрозии, вызванной механическими причинами, что имеет важное общегеографическое значение. При этом чрезвычайно большой интерес представляет динамика твердого стока, тенденция его изменений под влиянием хозяйственной деятельности. На этот вопрос мы ответим ниже и увидим, что антропогенному фактору принадлежит весьма большая роль в формировании твердого стока, как и в некоторых других гидрологических процессах. Но изучение твердого стока имеет и другое, непосредственно практическое значение. Оно необходимо для оценки интенсивности заиления (заполнения наносами) водохранилищ. В некоторых районах (например, в СССР в Средней Азии и на Кавказе, в бассейне Хуанхэ в КНР, в бассейне Колорадо, на реках, впадающих в северо-западную часть Мексиканского залива в США, и во многих других районах земного шара) твердый сток настолько велик, что водохранилища быстро заполняются наносами и утрачивают свое значение как регуляторы стока. Кроме того, речные наносы стирают лопатки турбин гидроэлектростанций и иногда служат причиной их разру-
шения. Для борьбы с этим явлением необходимо знать не только количество наносов, но и их крупность. Для рек СССР мы располагаем довольно подробными данными по твердому стоку, обобщенными в виде карт мутностей речной воды и модулей твердого стока Г. В. Лопатиным (1952) и Г. И. Шамовым (1954). Карты Г. В. Лопатина опубликованы в «Физико-географическом атласе мира» (1964) и в моей книге «Реки СССР» (1971-6). Подобные карты по зарубежным территориям мне не известны. В настоящем разделе использованы данные по твердому стоку ряда рек мира. По СССР включены данные из моей книги «Реки СССР», в которой в основном использованы материалы Г. В. Лопатина (1952), но частично обновлены за счет уточнения данных о стоке воды. По зарубежной территории данные главным образом заимствованы из обстоятельной статьи И. Н. Холемана (Holeman, 1968), с добавлением их по Европе из книги 3. Микульского по Висле (Mikulski, 1965) и по рекам Румынии из монографии по географии этой страны («Monografia...», 1960). Кроме того, в тех случаях, когда это было возможно, данные по стоку воды, из указанной статьи И. Н. Холемана, исправлялись по новым источникам. В целом использованные данные неоднородны по методам их получения и по степени своей достоверности. Наряду с результатами тщательных многолетних измерений в отдельных случаях пришлось использовать и материалы отдельных измерений, например на р. Амазонке. Имеющиеся фактические данные, дополненные зональными аналогиями, позволили, не претендуя на детали, установить общую картину распределения твердого стока на реках земного шара. В умеренном поясе наименьшая мутность воды (приблизительно в пределах 20—40 г/м3), наименьшие модули твердого стока (приблизительно в пределах 5—15 т/км2) и годовой смыв до .0,01 мм относятся к подзоне тайги. Все эти показатели увеличиваются примерно в 1,5—2 раза под влиянием горного рельефа. Примером может служить Печора, правые притоки которой стекают с Северного Урала. Вместе с тем на озерных реках существенно уменьшается твердый сток. Так, средняя мутность воды р. Невы составляет лишь 5 г/ж3, модуль твердого стока — 1,6 т/км2, а смыв—около 1 микрона в год. Приблизительно в 2 раза большим твердым стоком характеризуется р. Святого Лаврентия, в основном, вероятно, за счет значительного протяжения свободного русла реки ниже выхода из оз. Онтарио, а также под влиянием впадающих в нее значительных притоков. В то ж е время р. Нева лишена более или менее крупных притоков. Сравнительно низкие показатели твердого стока в таежной зоне являются следствием небольшого поверхностного стока в условиях лесных почв, обладающих высокой инфильтрационной способностью. В лесу, кроме того, почвенный покров хорошо предохранен от размыва. В этой зоне сравнительно мало распрост-
ранены пахотные земли, на которых наиболее благоприятны условия для эрозионных процессов. Основная работа воды в таежной зоне происходит не столько в пределах речных водосборов, сколько в руслах рек. В целом здесь преобладает линейная эрозия, но не на первичных звеньях гидрографической сети, а на более или менее сформировавшихся реках и в руслах больших рек. Заметно повышается эрозионная деятельность в зоне смешанных лесов. Здесь мутность речной воды может достигать 120— 150 г/мъ при модулях твердого стока до 60—80 т/км2 при слое годового смыва до 0,04—0,06 мм. Пространства, занятые лесом, в зоне смешанных лесов дают так же, как и в зоне тайги, малый поверхностный сток, если они не подвергаются каким-либо существенным хозяйственным воздействиям. Но в этой зоне большую территорию занимают пахотные земли, с которых смыв почвы намного интенсивнее, чем в лесу. Именно в этом заключается основная причина повышения твердого стока в зоне смешанных лесов. В зоне лесостепей и прерий показатели твердого стока еще больше увеличиваются. Здесь вполне возможна мутность речной воды до 500 г/м3. Но при этом модули твердого стока не возрастают столь резко по сравнению с тайгой в связи с уменьшением модулей или слоя речного стока. Так, для тайги полный речной сток составляет 200—300 мм, а для лесостепной зоны приблизительно в 2 раза меньше. Мутность же воды увеличивается в 3—4 раза. Следовательно, модуль твердого стока может возрасти в 1,5—2 раза, т. е. приблизительно до 150 т/км2, при слое эрозии порядка 0,06—0,08 мм. Напомню, что все эти данные носят интегральный характер, так как относятся ко всему речному водосбору. В отдельных местах, например на крутых склонах, эрозионные процессы протекают интенсивнее, на плакорных участках и в лесу значительно ослабевают. Существенную роль играет также геологическое строение бассейнов рек. Особенно подвержены эрозии лёссы. Примером может служить Лёссовое плато в Китае. Сочетание интенсивных ливней с пересеченной местностью и большими уклонами весьма способствует развитию здесь эрозии в гигантских масштабах. Достаточно сказать, что овраги в виде каньонов глубиной в сотни метров врезаются в склоны. Дороги, используемые с древних времен и по колеям которых усливается сток и размыв, также превратились в своеобразные каньоны глубиной в несколько метров. Дно таких каньонов продолжают использовать в качестве дорог. Средняя мутность воды р. Хуанхэ составляет почти 45 кг/м3, модуль твердого стока достигает 3000 т/га, а ежегодный слой эрозии для всего бассейна реки выше Санмынся (площадь 715 тыс. км2) превышает 1 мм. Через этот створ река ежегодно транспортирует свыше 2 млрд. т наносов, т. е. почти 10% мирового твердого стока. Хуанхэ, таким образом, своеоб-
разная Амазонка, но не в отношении стока воды, а по отношению наносов, транспортируемых рекой, к мировому твердому стоку. В отдельных частях бассейна, в пределах Лёссового плато, эрозия в 2—3 раза интенсивнее, чем в среднем для всего бассейна Хуанхэ. Другой пример весьма интенсивных эрозионных процессов — бассейн р. Колорадо, горы Сангре-де-Криста и плато Льянос-Эстакадо в бассейнах рек Бразос, Пекос, СанХуан в США. Мутность воды в реках здесь, как и на Хуанхэ, достигает десятка килограммов наносов на 1 м 3 воды, но модули твердого стока и ежегодный слой эрозии меньше, чем в бассейне Хуанхэ, в связи с тем, что реки этого района США менее водоносны. Все же средний слой эрозии с водосборов этих рек достигает 0,1—0,3 мм, что говорит о весьма интенсивной эрозии. В зоне вечнозеленых экваториальных лесов (гилей) твердый сток незначителен как вследствие высокой инфильтрационной способности ферралитных и ферритных лесных почв, так и под влиянием весьма продуктивных лесов, хорошо закрепляющих почву от размыва. Об этом можно судить по приближенным данным о твердом стоке рек Амазонки и Конго. Мутность воды этих рек не превышает содержание наносов в воде рек зоны тайги умеренного пояса, но модули твердого стока и слой эрозии приблизительно в несколько раз выше, что связано со значительно более высокой водностью рек экваториального пояса. Приблизительно в этих пределах должен быть твердый сток и в зоне влажных лесов восточноокеанических субтропиков юго-восточных частей К Н Р и США. Об этом говорят данные по р. Сицзян, отчасти по р. Алабама (не весь бассейн этой реки находится в пределах указанной зоны). Реки сезонно-влажных листопадных лесов Индостана, поскольку это можно судить по данным для рек Маханади и Дамодар, отличаются весьма высоким твердым стоком: при мутности свыше 3000 г/м3 модуль твердого стока достигает 1500—3000 т/км2, а слой эрозии — 0,6—1,2 мм. Основные причины столь интенсивной эрозии вызваны не только естественными факторами — сильными ливнями, перемежающимися с сухим сезоном, но в значительной мере и антропогенными факторами — распространением земледелия и трансформацией латеритных почв, которые при сведении лесов и под влиянием земледелия утрачивают свои высокие инфильтрационные свойства и во влажный сезон способствуют формированию весьма обильного поверхностного стока. Аналогичная картина характерна и для влажной саванны, где интенсивность эрозии в естественных условиях сравнительно невелика, но резко увеличивается в результате хозяйственной деятельности. В сухой саванне мутность речной воды возрастает, но в связи с резким уменьшением речного стока снижаются модули твердого стока и слой эрозии. Это явление аналогично тому, о котором говорилось в связи с закономерностями твердого стока и эрозии в лесостепной зоне в сравнении с лесной.
В СССР наиболее интенсивны эрозионные процессы на Кавказе и в Средней Азии. В пределах восточной части Большого Кавказа, особенно на северном склоне, мутность речной воды в десятки раз больше, чем в западной части. Так, мутность воды Терека у ст-цы Карагалинской достигает 2410 г/ж3, р. Сунжи у с. Брагуны — 2690 г/ж3, Гудермеса — 9340 г/ж3, а мутность воды р. Аксай — даже 11 000 г/ж 3 (Лопатин, 1952). Высока также мутность воды рек южного склона восточной части Большого Кавказа. Так, мутность воды р. Куры в устье составляет 2000 г/ж3, однако значительная часть бассейна р. Куры расположена в пределах Малого Кавказа, где условия для эрозии менее благоприятны. Мутность же воды некоторых левых притоков среднего и нижнего течения Куры достигает значительно больших величин: например, р. Дамарчинчай — 4340 г/ж3, р. Турианчай — 5780 г/ж3, р. Геокчай — 4260 г/ж 3 и т. д. В общем в восточной части Большого Кавказа преобладают реки с мутностью воды в пределах 1000—5000 г/ж3, но в отдельных реках мутность даже превышает 5000 г/ж3. Столь высокая мутность воды, свидетельствующая об очень интенсивной эрозии, вызвана слабым распространением лесов и преобладанием горных пород, легко поддающихся размыву. Эрозионные процессы здесь интенсивны не только в пределах водосборов, велика также линейная эрозия в речных долинах и руслах. Другой горный район с весьма интенсивной эрозией и высокой мутностью воды — Средняя Азия. Мутность воды в устьях главных рек этого района: Амударьи — 2350 г/ж3, Сырдарьи — 870 г/ж3. Однако максимум наносов, транспортируемых этими реками, приходится не на устьевую часть, а на среднюю, так как в нижнем их течении происходит аккумуляция наносов. По этой причине в зоне аккумуляции русла рек Амударьи и Сырдарьи расположены выше окружающей местности. Максимум мутности воды Амударьи зарегистрирован в с. Таш-Сака (3740 г/ж 3 ), а Сырдарьи — в Тюмень-Арыке (2300 г/ж 3 ). Наибольшей мутностью в горах Средней Азии отличается вода рек бассейна Вахша, Нарына и некоторых рек, стекающих с северного склона Алайского хребта. Меньше содержится наносов в воде рек западной части Тянь-Шаня, Кунгей-Алатау, Терскей-Алатау и южной части Памира. Очень высока мутность рек западной части Средней Азии — Мургаба (1540 г/ж 3 ), особенно Теджена (3560 г/ж 3 ). Чрезвычайно высокой мутностью среди рек СССР отличается вода р. Атрек. Г. В. Лопатин (1952) оценил ее мутность, по приближенным данным, в 12,75 кг/ж3, а В. Л. Шульц ( 1 9 6 5 ) — в 21—22 кг/м3. Этот же автор приводит данные Б. Т. Кирста, согласно которым средняя за девять лет мутность воды левого притока Мургаба —р . Кушки составляет 28 кг/ж3, а мутность воды другого притока р. Мургаба — р. Кашан, по данным наблюдений за десять
лет,-—даже 90 кг/м3. По всей вероятности, вода этих рек характеризуется наибольшей мутностью среди рек СССР. В активно эродируемых горных районах образуются селевые паводки — мощные потоки, несущие огромное количество наносов вплоть до крупных валунов. Такие сели, иногда угрожающих размеров, образуются на Кавказе, в Средней и Центральной Азии, в Карпатах, в горах Хамар-Дабан, на побережье Байкала и в других районах. Такие грязекаменные потоки наносят большой ущерб, угрожая даже жизни людей. Сели обычно образуются в горах в районах интенсивной денудации, когда продукты денудации накопляются в большом количестве в бассейне реки или в ее долине. В подобных условиях при интенсивных ливнях, иногда совпадающих с интенсивным снеготаянием, образуются мощные потоки воды, приводящие в движение огромные массы продуктов денудации, формирующие грязекаменные потоки. Движение селей часто носит пульсационный характер: перегруженный наносами сель аккумулирует в русле реки большое количество наносов, образующих временную запруду, выше которой накопляется вода; с возрастанием энергии водной массы происходит прорыв запруды, и снова образуется селевой поток, иногда еще более мощный. В таких условиях селевой поток нередко выходит из русла и сокрушает все на своем пути. Подобные сели наблюдались на р. Малой Алмаатинке, наносившие ущерб городу Алма-Ате, на оз. Иссык, на р. Гедар в г. Ереване, в верховьях Терека и т. п. Гедарский сель 1946 г. хорошо описан в литературе (Важное, 1946). Мутность потока составляла в среднем 692 кг/м3, или 49% по весу. Автор данной работы в 1936 г. был очевидцем селя, сформировавшегося на одном из правых притоков верхнего течения р. Баксан. Мощный поток, образованный на небольшой горной реке, содержал огромное количество частиц красно-коричневой глины и перекатывал валуны диаметром до одного метра. Эти валуны создали в русле Баксана запруду, в обход которой устремился поток этой реки. Была размыта дорога и нанесен другой ущерб. Борьба с таким стихийным явлением, как сели, весьма сложна. Она заключается, во-первых, в предупреждении наступления селей. С этой целью осуществляется специальная служба прогнозов. Во-вторых, создаются ловушки и запруды в руслах селеопасных рек. В-третьих, проводятся лесомелиоративные и гидромелиоративные меры, направленные на закрепление поверхности и уменьшение поверхностного стока. Несколько слов следует сказать об особенностях распределения мутности воды по длине некоторых больших рек. Мутность воды многих больших рек в данном месте не отражает мутности воды, характерной для данного ландшафта, окружающей местности. Так, вода Днепра в среднем и нижнем течении
при пересечении зоны мутности в пределах 100—250 г/м3 сохраняет мутность менее 50 г/ж3, характерную для верхнего течения этой реки. Аналогично этому мутность волжской воды в пределах несколько более 100 г/м3 сохраняется до устья. В то же время Волга пересекает границу зоны с большой мутностью уже приблизительно у Казани, а Кама — выше Перми. На Оби мутность, свойственная верхнему течению этой реки (выше Новосибирска), сохраняет свои черты на протяжении более 1000 км, и ее повышенная мутность (до 250 г/м3) наблюдается в пределах тайги, где мутность речной воды менее 20 г/м3. Транзит наносов, не свойственный данным зональным условиям, происходит также на Лене, Амуре, менее ярко на Енисее. Существенную роль в этом явлении играет работа речных потоков. Эта особенность вторжения гидрологических черт, не свойственных данным зональным условиям, — характерная особенность, которую всегда нужно иметь в виду при гидрологическом картографировании или при чтении гидрологических карт. Интересной закономерностью характеризуется распределение эрозионных процессов по территории в «сравнении с выносом продуктов эрозии в океан и внутренние моря. Так, бассейны рек СССР, сведения о твердом стоке которых использованы в этой главе, охватывают 73% площади страны. В эту площадь включены все реки с высокими модулями твердого стока. Тем не менее суммарный годовой твердый сток этих 22 рек составляет 56% суммарного твердого стока страны, определенного по упомянутой выше карте Г. В. Лопатина. Суммарный твердый сток в устьях рек, занимающих 73% площади СССР, оценен в 56%, т. е. на 17% меньше, чем это должно соответствовать данной территории. Д л я отдельных рек разница между количеством наносов, транспортируемых в пределах водосбора и выносимых в море, может быть еще большей. Так, в бассейне Потомак годовой твердый сток составляет 45 млн. т, а в устье этой реки зарегистрировано 2,3 млн. т наносов, выносимых в океан, т. е. только 5% суммарного количества наносов, транспортируемых в пределах бассейна реки («Sedimentation...», 1967). Причина такого несоответствия заключается в том, что наносы, транспортируемые реками, по мере приближения к их устьям частично аккумулируются. Так происходит в низовьях Волги, особенно в ее дельте, где до выноса в Каспий аккумулируется значительная часть наносов. То же явление происходит на Сырдарье и Амударье, в низовьях которых русла рек вследствие аккумуляции наносов выше окружающей местности. Наносы же многих горных притоков этих рек лишь частично достигают русла главных рек, так как аккумулируются (во всяком случае их крупные фракции) в пределах своих конусов выноса, представляющих собой субдельты. Подобные явления происходят еще в больших масштабах в других местах земного шара: на Ганге и его левых притоках*
стекающих с Гималаев; на Нигере, образующем огромную субдельту перед вступлением в самую сухую часть своего бассейна на юге Сахары; на многих реках Южной Америки, стекающих с Анд; на австралийских реках, образующих при выходе с Водораздельного хребта на равнину огромные субдельты, которые носят здесь название страны русел, и т. д. Анализ этого явления помимо географического и хозяйственного значения важен также для выбора метода обобщения данных по твердому стоку, особенно когда такое обобщение производится для значительных территорий: для стран, занимающих большие площади, для субконтинентов и отдельных материков, наконец, для всего земного шара, что нас интересует в данном случае. Если для обобщения данных по речному стоку и для других элементов водного баланса, за отдельными исключениями, например в засушливых районах, вполне обосновано использование карт, планиметрирование их, то для твердого стока, по указанным причинам, этот прием неприменим. Во всех случаях он должен дать преувеличенные представления о твердом стоке, причем в некоторых случаях существенно преувеличенные. Поэтому данные по твердому стоку можно для практических целей использовать по фактическим измерениям. Напомню, что такие данные имеют важное практическое значение для расчетов заиления водохранилищ и для других целей. Однако для крупных обобщений необходимо использовать не карты, а данные, относящиеся к устьям рек, впадающих в океан или внутренние моря (бессточные озера). В пределах возможного использованы именно такие данные по твердому стоку, но имеющиеся пока скудные материалы не позволили во всех случаях получить их для устьев рек. Тем не менее эти материалы дают кое-какой ключ для приближенной оценки твердого стока с каждой из частей света. В качестве исходных данных для целей экстраполяции прежде всего может служить соотношение площадей бассейнов рек, для которых имеются данные по твердому стоку, и площадей всех частей света в целом. Этот наиболее простой путь решения задачи фактически исходит из допущения, что сток воды (речной сток), относящийся к данным по твердому стоку или к площади, для которой имеются эти данные, распространяется в относительных величинах (миллиметрах слоя) на всю остальную часть суши. Поскольку фактические данные по твердому стоку относятся к площади в 49 млн. км2, т. е. к 40% всей суши (исключая из нее площадь полярных ледников и районы, лишенные речной сети), то экстраполяцией по площади допускается, что на остальных 60% суши относительные величины стока воды и наносов должны быть такими же, как и для 40% площади. В таком допущении нет необходимости, поскольку известен сток рек, для которых использованы данные о твердом стоке, и известен речной сток всех материков и земного шара в целом.
Таблица 21 Мировой твердый сток Площадь, млн. км2
Части света
Европа
относящаяся к данным по твердому стоку
. . . .
Твердый сток, млн. г
Речной сток, км3
вся *
рек, для которых имеются данные по твердому стоку
весь
по фактическим данным
вычисленный автором для всей территории
Мутность воды, г/м3
Модуль твердого стока, т/км2
Слой эрозии, мм/год
Вычисленные автором для всей территории
Твердый сток, млн. т
Модуль твердого стока т/км2
Вычисленные по И. Н. Холсману
5,3
9,6
1 150
3 110
150
350
110
36,5
0,014
290
21
18,5
42,0
5 560
13 190
7 260
16 800
1 280
400
0,015
14 430
536
8,1
25,4
1 510
4 225
200
600
140
24
0,009
490
24
Северная Америка
6,1
20,0
1 455
5 960
580
2 030
340
100
0,038
1 780
86
Ю ж н а я Америка
9,9
17,0
6 975
10 380
610
975
95
58
0,022
1 090
56
Австралия **
1,1
6,0
25
1 965
45
1 600
470
270
0,12
210
40
49,0
120,0
16 875
38 700
8 845
21 700
560
180
0,069
18 290
180
594
135
29,5
0,011
Азия Африка
. . . .
Земной шар
.
,
В том числе СССР
20
4 360
* Исключая полярные ледники и районы, лишенные речной сети. ** Включая Тасманию,, Новую Зеландию а Новую Гкинедо.
Это в какой-то мере уточняет расчеты за счет более правильной оценки распределения по территории речного стока. А это в свою очередь вносит и некоторые уточнения в оценку мутности речной воды, модулей твердого стока и слоя эрозии. В табл. 21 приведены результаты расчетов, осредненные по двум вариантам, исходя из соотношения площадей и речного стока. Имеющиеся исходные материалы не дают оснований для вполне точных расчетов твердого стока по материкам и для всей суши. Действительно, фактические данные, как было отмечено, имеются для немного более 40% площади суши. По стоку рек, для которых имеются данные о транспортировании наносов, этот процент несколько больше —44. Следовательно, 56—60% твердого стока оценивается по экстраполяции. К этому нужно еще добавить, что использованные данные по твердому стоку далеко не однородны по своей надежности. Все это говорит о возможностях лишь приближенной его оценки. Особенно это относится к Австралии с Новой Зеландией и Новой Гвинеей, для которых данных по твердому стоку крайне недостаточно: по площади—18%, а по стоку воды — менее чем 1,57о- Такая экстраполяция не может рассматриваться как сколько-нибудь надежная. По этой причине уверенных представлений о твердом стоке Австралии и объединенных с ней островов пока нет. Для других частей света, исключая Австралию, экстраполяция более надежна, так как фактические данные по твердому стоку имеются для 42% площади, а по речному стоку — для 45%- В целом приводимые здесь расчеты надежнее прежних не только потому, что рамки экстраполяции в них сужены, но также и в связи с примененным приемом экстраполяции по речному стоку, что в некоторой степени служит независимым контролем расчетов по соотношению площадей. Оба метода дают следующие пределы модулей твердого стока по материкам: Европа—28—42 т/км2, Азия—390—А\Ът/км 2 , Африка—22—25 т/км2, Северная Америка—96—120 т/км2, Южная Америка —54—62 т/км2. Д л я Австралии по указанной причине диапазон модулей твердого стока весьма велик (43— 670 т/км2), что свидетельствует о низкой степени достоверности вычисления для этой части света. Однако для всей суши оба варианта расчетов дали близкие показатели. Это относится к суммарной величине твердого стока, к его модулю, мутности .и слою эрозии. Здесь сказывается закон больших чисел — массовость исходных данных и обширность территории, на которую они распространяются. Теперь рассмотрим полученные для материков величины твердого стока. Наиболее эродируемой частью света является Азия главным образом за счет ее южного и юго-восточного субконтинентов и Центральной Азии. Средний модуль твердого стока оценивается в 400 т/км2, а слой эрозии превышает 0,15 мм/год. Это весьма
большая величина смыва, особенно если учесть, что почти вся Сибирь характеризуется низкими показателями твердого стока: слой эрозии для больших сибирских рек приблизительно в пределах 0,002—0,006 мм, т. е. в десятки раз меньше, чем для всей Азии. Второе место по относительным показателям твердого стока занимает Австралия с островами, но этот вывод, как было сказано, нельзя считать надежным. Затем следует Северная Америка, средняя мутность речных вод которой достигает довольно высокого значения — 340 г/м3, модуль—100 т/км2, а годовой слой эрозии — почти 0,04 мм. По мутности далее следуют Африка и Европа, которые характеризуются наименьшими значениями модуля твердого стока (24 и 36,5 т/км2) и слоя эрозии (0,009 и 0,014 мм). В Южной Америке модуль твердого стока (58 т/км2) и слой эрозии (0,022 мм/год) не так существенно отличаются от двух предыдущих материков, но мутность воды (95 г/м3) самая низкая среди всех частей света. Объясняется это весьма высокой водностью рек этого материка. Суммарный объем наносов, транспортируемых реками в Южной Америке, весьма велик и занимает второе место после Азии, но этот объем твердого стока разбавлен столь большим количеством воды, что показатель мутности оказывается даже ниже, чем в Европе, которая в целом относится к числу наименее эродируемых материков. Мировой твердый сток составляет около 22 млрд. т/год, средняя мутность речной воды — 500 г/м3, модуль твердого сток а — 180 т/км2, средний слой годовой эрозии — 0,069 мм. Такая интенсивность эрозии для всего земного шара весьма значительна, но по своим масштабам она соразмерна с современными тектоническими движениями, поэтому по ней нельзя в полной мере судить об интенсивности понижения суши. В целом ряде районов тектонические поднятия могут компенсировать или даже превзойти размеры смыва, а в районах тектонических опусканий результаты эрозионных процессов односторонне накладываются на тектонические движения и интенсивность опускания таких районов усливается. В последних двух колонках табл. 21 для сравнения приведены данные расчетов твердого стока с материков, произведенные И. Н. Холеманом (Holeman, 1968). Учитывая недостаток исходных данных, сходство результатов обоих расчетов следует признать весьма удовлетворительным. Но у указанного автора по всем континентам, исключая Австралию и Южную Америку, твердый сток на 12—18% меньше полученных мною, а в целом для суши меньше почти на 20%. Д л я Австралии результаты обоих расчетов трудносравнимы, так как они относятся к существенно различным территориям: у И. Н. Холемана — только для Австралийского материка, а у меня, кроме того, — для Новой Зеландии и Новой Гвинеи, увеличивающих сток воды собственно Австралии больше чем в 8 раз. Эти острова по раз-
мерам меньше Австралии, но относятся к числу наиболее многоводных районов мира. По модулям твердого стока в целом для суши мои выводы в точности совпали (180 т/км2), а для отдельных материков они расходятся в пределах до 35%, кроме Австралии, для которой выводы по указанным причинам несопоставимы. Различия в результатах, полученных для суши в целом, можно объяснить тем, что мои расчеты относятся к площади на 19% большей, чем у И. Н. Холемана. Но выводы этого автора характеризуют сток взвешенных наносов, а мои включают, хотя и весьма приближенно, наносы, транспортируемые по дну речных потоков. Если для сопоставимости исключить их из моего вывода и отнести к площади суши, для которой сделал расчет И. Н. Холеман (101,5 млн. км2), то суммарный твердый сток снизится приблизительно до 16 млрд. т, что на 15% меньше, чем у И. Н. Холемана. В этом случае на столько же уменьшится средний для суши модуль твердого с т о к а — 1 5 3 т/км2 вместо 180 т/км2. Сравнение показывает, что расхождения в действительности больше, а причины их глубже. Сущность расхождений связана, во-первых, с тем, что объем исходных данных и достоверность некоторых из них, особенно по СССР, больше, чем у И. Н. Холемана. Другая причина — различие в примененных методах расчетов: экстраполяция в моих расчетах основывается не только на площадях, но также и на объемах речного стока. Такой простой расчет повышает достоверность экстраполяции. Сравним теперь полученный здесь вывод о суммарном твердом стоке с суши с результатами расчетов других авторов (табл. 22). Все помещенные в табл. 22 выводы относятся к площади суши в 101 млн. км2, кроме моего расчета, который сделан для площади в 120 млн. км2. Таблица 22 Мировой твердый сток, по данным разных авторов Сопоставимые данные Автор, год издания
P. X. Куенен (Kuenen, 1950) Г. В. Лопатин (1952) И. Джиллуи (Gilluly, 1955) Д. Ф. С. И. М.
твердый сток, млрд. т
модуль твердого стока, т/км2
320 124 315 238 570 200 180 180
.
.
.
.
32.4 12.7 31.8
Печинов (1959) Фурнье (Fournier F., 1960) . А. Шумм (Schumm, 1963) . . Н. Холеман (Holeman, 1968) И. Львович (настоящая книга)
24.2 51,1 20.5 18.3 21,7
Примечание (единицы измерений автора)
Объем смытой породы 12 км3 Слой эрозии 0,09 мм Слой эрозии 0,076 мм
Результаты расчетов трех последних авторов, помещенных в табл. 22, а также Д. Печинова довольно близки между собой. Но в целом за истекшие два с половиной десятилетия представления о твердом стоке менялись в весьма значительных пределах — от 12,7 млрд. т до 51,1 млрд. т, т. е. больше чем в 3 раза. Это свидетельствует еще о недостаточной точности исходных данных и примененных методов расчетов. Заслуживает, однако, внимания тот факт, что результаты трех расчетов, произведенные в течение последнего десятилетия, в общем близки между собой хотя бы по итоговым результатам. 10-летний срок для разработки проблемы слишком небольшой, чтобы говорить о ее зрелости, особенно если учесть, что достоверность решения зависит от информации, которую необходимо получить со всего земного шара на основании систематических наблюдений, по крайней мере в течение нескольких лет. Но подобная информация в ряде случаев, однако, совсем ненадежная, имеется лишь для 40% суши, что, конечно, недостаточно для вполне обоснованных выводов. Возможно, что внешнее сходство результатов трех последних выводов является следствием использования приблизительно равноценного объема исходных данных. Так или иначе необходимы дальнейшие исследования в целях обоснования обобщенных выводов о твердом стоке. В табл. 21 для сравнения приведены и соответствующие данные по Советскому Союзу. Сравнение их с мировыми позволяет сделать вывод о том, что эрозионные процессы по всей территории нашей страны гораздо менее развиты, чем на суше в целом. Так, суммарный твердый сток рек СССР составляет 594 млн. т в год, т. е. 2,8% мирового. В то же время страна занимает 16,7% площади суши \ поэтому средний модуль твердого стока для территории СССР и слой эрозии в 6 раз меньше, чем для всей суши. Лишь в Африке эти показатели несколько ниже, чем для территории СССР. Что касается мутности речных вод, то в СССР (135 г/м3) она больше, чем в Европе и в Южной Америке. Интенсивная эрозия на территории Советского Союза происходит в горах Средней Азии, на Кавказе и в некоторых районах степной и лесостепной зон, но большая часть площади СССР занята лесом, где эрозионные процессы развиты слабо. Данные табл. 21 относятся ко всей суше, где существуют реки, в бассейнах которых происходит эрозионная работа воды и которые транспортируют наносы. Но часть этих районов представляет замкнутые территории: реки не достигают океана. Речной сток этой части суши оценивается приблизительно в 830 км3, а твердый сток этих рек, принимая для них среднюю мутность по всему земному шару (560 г(м3), составляет приблизительно 450 млн. т. Отсюда следует, что Мировой океан 1 Сравнение площадей районы, лишенные рек.
производится,
исключая
полярные
ледники
и
ежегодно получает 21,25 млрд. т наносов. Относя это количество на акваторию Мирового океана (360 млн. км1), мы получаем, что на каждый квадратный километр его площади приходится около 60 т аккумулируемых на дне океана наносов. Таким образом, за счет перемещения наносов с суши около 8—9 кмя их ежегодно вытесняют соответствующий объем воды океана, а его дно ежегодно повышается приблизительно на 0,023 мм. Эти цифры, так же как и данные о годовой интенсивности эрозии на суше, умноженные на геологические масштабы времени, иллюстрируют грандиозный процесс эрозионной работы воды. Если допустить, что за время ангропогена (около 1 млн. лет) интенсивность эрозионных процессов существенно не изменилась, то за этот период суша должна была бы в среднем понизиться приблизительно на 70 м, а дно океана — повыситься на 20—25 м. Таковы масштабы одностороннего процесса понижения суши и повышения дна океана за счет эрозионной деятельности поверхностного стока и речных вод. Однако в связи с приведенными выше соображениями о сочетании эрозионных процессов с тектоническими итоговые размеры и даже знаки вертикальных перемещений суши и океана должны быть другими, а их оценка уже должна относиться к области геологии и палеогеографии. Следует, однако, подчеркнуть, что нельзя современную интенсивность эрозии распространять на продолжительные периоды времени, поскольку историческая оценка процессов эрозии невозможна без учета ряда дополнительных факторов. Во-первых, изменялась водность рек под влиянием естественных причин. Во-вторых, происходят антропогенные преобразования водных ресурсов, влияющие на смыв и транспортирование наносов. В-третьих, хозяйственные воздействия на почву, особенно земледелие, сведение лесов, выпас скота и др., которые приобрели существенные размеры в голоцене (около 10 тыс. лет тому назад), оказывают весьма заметное влияние на противоэрозионную устойчивость почв. Эрозионные процессы чрезвычайно сильно зависят от деятельности человека, который на протяжении веков способствовал повышению ее интенсивности на больших пространствах Земли. Особенно велика роль земледелия. Его развитие требовало сведения лесов на больших пространствах, т. е. ликвидации таких естественных экосистем, в которых процессы эрозии весьма замедленны. Примитивное замледелие чрезвычайно способствовало развитию эрозии (ею были охвачены огромные пространства суши), плодородие эродированных земель, их ценность для использования значительно снизились. В последние десятилетия в ряде стран предпринимаются меры по борьбе с ускоренной эрозией антропогенного происхождения. Так, в СССР в результате механизации земледелия и распространения рациональных приемов обработки почвы»
особенно в результате широкого распространения зяблевой пахоты, которая до 30-х годов в лесостепных и степных районах страны не применялась, существенно уменьшен поверхностный сток и, таким образом, снижена его энергия, а следовательно, и уменьшена интенсивность эрозии. Обобщение данных экспериментальных водобалансовых исследований позволило установить, что в зоне смешанных лесов весенний поверхностный сток с пашни в результате применения зяблевой пахоты уменьшился в 1,5—2 раза, в лесостепной зоне — в 2—3 раза, а в степной — в 3—5 раз (Львович, 1963, 1971-6; «Водный баланс СССР...», 1969). Последствия такой меры не могли не оказать положительного влияния на эрозионные процессы. Их интенсивность заметно уменьшилась на плакорных участках лесостепи и степи. Положительные результаты по борьбе с эрозией достигнуты в США и в ряде других стран. Можно полагать, что к концу текущего века — в начале будущего масштабы эрозии на пахотных землях будут уменьшены настолько, что перестанут отрицательно влиять на плодородие почвы, и антропогенные факторы, во всяком случае роль тех из них, которые связаны с земледелием, по всей вероятности, приобретут второстепенный характер. Вместе с тем еще больший масштаб антропогенных воздействий на рельеф можно ожидать в связи с горными разработками — карьерами, терриконами, обрушением шахтных выработок и т. п. Однако в последние годы уделяется все большее внимание регенерации таких антропогенных форм рельефа. Д л я обоснования тенденции интенсивности эрозионных процессов нужно было бы привести много фактов и применить соответствующий метод анализа, включающий и социальные факторы, которым принадлежит ведущая роль при решении данной проблемы. И хотя вода и почва в естественных условиях и в хозяйстве тесно взаимосвязаны, разбор этой проблемы отвлек бы нас в сторону от главной темы книги. Проблемы смыва почвы, эрозионной деятельности воды, транспортирования наносов твердого стока нас сейчас интересуют как факторы, влияющие на водные ресурсы, на их качество, на пути их использования. Что же касается эрозионной деятельности в бассейнах рек, на междуречных пространствах, то эти процессы в большей мере относятся к проблеме земельных ресурсов, хотя четкую границу здесь провести нельзя, поскольку процессы эрозии почв в какой-то мере влияют и на качество водных ресурсов. Уменьшение или даже устранение эрозии антропогенного происхождения на речном водосборе вовсе не означает прекращения этого процесса вообще. В экстремальных случаях — при интенсивных ливнях и снеготаянии — возможна эрозия, но в рамках, не превышающих накопления, образования или поддержания гумусового слоя почвы и не нарушающих его куль-
турного состояния. Остаются еще линейные эрозионные процессы в руслах рек и обогащение воды за их счет наносами. Во многих реках твердый сток — большая помеха для существования водохранилищ. Известны многочисленные случаи аккумуляции наносов в водохранилищах, и притом столь быстрой, что после нескольких лет их существования почти весь объем воды вытеснялся наносами. Твердый сток здесь выступает как важный фактор использования водных ресурсов, а водохранилища — как мощный фактор осветления воды — освобождения ее от наносов. Влияние водохранилищ на твердый сток проиллюстрируем на одном примере каскада волжских водохранилищ. Как известно, на Волге и Каме создано 11 больших водохранилищ, в том числе 3 строящихся. Их общий объем — около 165 км3. Первое исследование преобразования твердого стока Волги в целом под влиянием каскада волжско-камских водохранилищ было проведено мною в 1960 г. в связи с изучением проблемы хозяйственного освоения Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги («Проблемы хозяйственного освоения...», 1962). Такое исследование представляло ряд трудностей из-за недостатка исходных материалов. Почти всегда их недостаточно для прямого сравнения, поэтому при сопоставлении данных до и после создания водохранилищ неизбежны некоторые допущения. В момент проведенного анализа и в настоящее время отдельные участки Нижней Волги представляют собой свободное русло. В пределах этих участков характер формирования русла и зависящий от него транспорт наносов отличается от того, что имело место в прошлом, до создания вышележащих водохранилищ. Отличие обусловлено тремя процессами, действующими в разных направлениях. Под влиянием регулирования стока уменьшена амплитуда сезонных колебаний уровней и расходов воды, а это, как известно, уменьшает интенсивность русловых процессов. Вместе с тем в связи с уменьшением выработки гидроэнергии в дни отдыха появился новый тип колебаний уровня со значительными амплитудами, который прежде на Нижней Волге не наблюдался в период межени. Такие недельные колебания уровня, по-видимому, усиливают эрозионные русловые процессы в период межени и обогащают волжскую воду взвешенными наносами. Третий процесс, связанный с осветлением воды, сбрасываемой из водохранилищ через турбины гидростанции или через плотины, также усиливает размывающую способность потока и обогащает воду взвешенными наносами. В общем процесс формирования твердого стока р. Волги в настоящее время представляется в следующем виде. В водохранилищах происходит аккумуляция наносов, и речная вода осветляется. Ниже плотины, на участках свободного русла, эрозионный процесс усиливается, и обогащение воды наносами
в межень происходит интенсивнее, чем до сооружения водохранилищ. Д л я оценки изменений твердого стока сравниваются сток взвешенных наносов и мутность воды за 1957—1960 гг., т. е. с начала наполнения водохранилищ: Куйбышевского — с 1956 г. и Волгоградского — с 1958 г., с твердым стоком за годы с такой же примерно водностью, но за период до сооружения Куйбышевского и Волгоградского гидроузлов. Точных лет—аналогов по водности подобрать не удалось: для участка ниже Куйбышевской ГЭС (пос. Поляна им. Фрунзе и г. Вольск) сток за последние годы до 1961 г. примерно на 15% выше, чем в годы до сооружения этой плотины, а ниже Волгоградской плотины (с. Верхне-Лебяжье)—на 5% меньше. Такое соотношение стока двух периодов позволяет считать, что масштаб преобразований не может быть преувеличен. Рассмотрим теперь показатели, характеризующие преобразование режима твердого стока на Нижней Волге. Непосредственно ниже Куйбышевского водохранилища (пос. Поляна им. Фрунзе) мутность воды снижена более чем в 3 раза, а годовой сток взвешенных наносов — почти в 3 раза в сравнении с тем, что наблюдалось до сооружения этого водохранилища. Ниже по течению волжская вода снова обогащается наносами за счет эрозионных процессов в русле, и в г. Вольске, в 330 км ниже пос. Поляна им. Фрунзе, годовой сток взвешенных наносов увеличивается более чем на 2,5 млн. т, а средняя мутность возрастает с 27 до 36 г/ж3. Все же под влиянием Куйбышевского водохранилища средний расход взвешенных наносов в г. Вольске уменьшен в 2 раза. Годовые расходы взвешенных наносов за период 1942—1944 гг. оценивались еще выше (Лопатин, 1952). Если учесть эти данные, то относительные размеры преобразований твердого стока оказываются еще более существенными. Данными наблюдений над стоком взвешенных наносов непосредственно ниже Волгоградской ГЭС мы не располагаем. Имеются данные по створу в с. Верхне-Лебяжье, в 450 км ниже Волгоградской плотины, в вершине дельты Волги. На этом протяжении осветленная в Волгоградском водохранилище вода обогащается наносами за счет русловой эрозии, по этой причине уменьшение расходов взвешенных наносов в Верхне-Лебяжьем не столь существенно, как непосредственно ниже Куйбышевской ГЭС. Тем не менее и в Верхне-Лебяжьем средний годовой расход взвешенных наносов после ввода в действие Волгоградского водохранилища уменьшился в 1,5 раза. Преобразование внутригодового распределения твердого стока характеризуется следующими особенностями. Наиболее существенно расходы взвешенных наносов уменьшаются во время весеннего половодья. Заметное уменьшение наблюдается и в период летней межени. В зимние же месяцы расход взвешен-
пых наносов значительно увеличивается. Это связано с тем, что расходы воды в период зимней межени увеличены в несколько раз, а это влечет за собой возрастание энергии речного потока и усиление русловой эрозии. Дополнительная проверка преобразований твердого стока на Нижней Волге (использовались материалы до 1964 г.) в общем подтверждает полученные ранее выводы. Средняя годовая мутность воды в с. Верхне-Лебяжье за семь лет после постройки Волгоградской плотины на 24,3 г/м3, или на 40%, меньше, а средний годовой расход взвешенных наносов на 194 кг/сек, или на 41%, меньше, чем до ее постройки. Дальнейшее уменьшение твердого стока в Верхне-Лебяжьем, по-видимому, вызвано тем, что в первые годы после сооружения плотины происходил наиболее интенсивный размыв русла реки непосредственно ниже плотины, что неизбежно в связи с резким возрастанием энергии потока, сбрасываемого через турбины ГЭС и плотину. В результате река ниже плотины углубляется, а это способствует гашению энергии потока, и интенсивность размыва постепенно снижалась. Кроме того, в данном случае, как и на Куйбышевском водохранилище, в первые годы существования водохранилища абразионная деятельность на берегах была наиболее интенсивной. Благодаря этому вода обогащалась наносами в самом водохранилище. Постепенно интенсивность абразии снижалась и стала меньше влиять на твердый сток. На основании анализа преобразований количества наносов, транспортируемых Волгой, мы можем прийти к предварительному выводу об изменениях выноса наносов Волгой в Каспийское море. За период до преобразования Г. В. Лопатин оценивал вынос наносов Волгой в Каспийское море в 25,2 млн. т/год. Сейчас же, опираясь на данные наблюдений в Верхне-Лебяжьем после сооружения каскада волжско-камских плотин и принимая во внимание, что ниже по течению от этого створа до устья реки обогащение волжской воды наносами вряд ли происходит и что более вероятна аккумуляция наносов в многочисленных протоках дельты Волги, годовую величину современного выноса наносов Волгой в Каспийское море можно оценить приблизительно в 8—9 млн. т/год. При оценке современной средней мутности воды у устья необходимо учесть, что средняя годовая водность Волги в настоящее время приблизительно на 18 км3 меньше, чем в прошлом. Такое уменьшение связано с рядом причин: испарением с поверхности вновь сооруженных водохранилищ, изъятием воды в бассейне Волги на нужды водоснабжения и орошения и, наконец, уменьшением поверхностного стока под влиянием земледелия. С учетом этих обстоятельств средняя мутность волжской воды при устье определяется в 30—40 г/м3, т, е. почти в 3 раза меньше, чем ее оценил Г. В. Лопатин для условий бытового, т. е. не измененного хозяйственной деятельностью, режима твердого стока.
Приведем еще один пример преобразования твердого стока р. Дона под влиянием Цимлянского водохранилища, полезная емкость которого равна 11,5 км3. Средний объем весеннего половодья у г. К а л а ч а — 13, 5 км3. Такая большая емкость водохранилища относительно объема регулируемого им половодья позволяет осуществлять многолетнее регулирование. Анализ, проведенный по методу, примененному для Волги, показывает, что средний годовой расход взвешенных наносов уменьшился на 51 кг/сек, или на 36%, наибольшее уменьшение приходится на май (на 6 8 % ) , а увеличение в 3—5 раз — на период летней и зимней межени. Имеющиеся данные позволяют сделать предварительный вывод о том, что вынос наносов Дона в Азовское море под влиянием Цимлянского водохранилища снизился на 7зСущественно изменился твердый сток на Днепре под влиянием строительства каскада водохранилищ. Значительные изменения следует ожидать на реках Кавказа и Средней Азии, где уже начато сооружение больших водохранилищ, которые будут аккумулировать часть наносов. На больших сибирских реках, так ж е как и на озерных реках северо-запада Европейской части СССР, где уже сооружено много больших водохранилищ, преобразования твердого стока в абсолютных величинах должны быть не столь существенны, поскольку и в естественных условиях твердый сток рек этих районов невелик. Аналогичное явление уменьшения твердого стока под влиянием водохранилищ и других мер установлено для р. Миссисипи. Если до 1952 г. эта река в многоводные годы транспортировала 450 млн. т наносов в год, то с тех пор в наиболее многоводные годы твердый сток реки не превышал 295 млн. т. (Holeman, 1968). В маловодные годы различия, по-видимому, должны быть большими, поэтому в данном случае вполне возможно общее уменьшение твердого стока приблизительно в 2 раза. Необходимо заметить, что примененный метод анализа антропогенных влияний на твердый сток характеризует влияние водохранилищ не в чистом виде, а в сочетании с преобразованием смыва почвенного покрова с бассейна реки. Это прежде всего относится к степной зоне СССР, где, как указано выше, в результате широкого освоения зяблевой пахоты поверхностный сток с пахотных угодий уменьшился настолько существенно, что его энергия заметно упала, а вместе с этим понизилась и его эрозионная способность. Отделить эти (Влияния от воздействия на твердый сток водохранилищ пока еще не представляется возможным. Поэтому нужно иметь в виду, что приведенные выше результаты анализа преобразования твердого стока Дона и Волги в какой-то мере отражают и влияние хозяйственной деятельности на водосборах. В настоящее время нельзя не считаться с общей тенденцией уменьшения твердого стока в связи с широким строительст-
йом водохранилищ, а также в результате уменьшения в некоторых районах интенсивности эрозии, в основном на пахотных землях. Работа воды не ограничивается механической эрозией (см. раздел «Типы водного режима»). Большая роль также принадлежит выщелачивающей деятельности воды — растворению веществ, содержащихся в горных породах и в почвенном покрове. Результатом этого процесса является минерализация речной воды, изучению которой посвящено много работ О. А. Алекина (1948-а, 1948-6, 1949, 1952; Алекин и Бражникова, ц 1964, и др.). Схематическая карта зон гидрохимических фаций речных вод земного шара опубликована Г. А. Максимовичем (1955). В классификации природных вод, разработанной В. И. Вернадским (1933), большое внимание уделено гидрохимической характеристике. Изучая рассеянные химические элементы в водах, А. П. Виноградов внес большой вклад в развитие гидрохимии (1948, 1959, 1963, 1967). Первую оценку стока растворенных веществ в океан, или ионного стока (термин предложен О. А. Алекиным), дал Ф. Кларк (Clarke, 1924). Капля дождя еще в процессе падения, не достигнув поверхности почвы, обогащается азотом и кислородом воздуха. Но в основном химический состав речной воды формируется в процессе движения воды по поверхности почвы и в горных породах. Соприкасаясь с почвой и горными породами, вода обогащается солями и органическими веществами, меняет свой газовый состав. Вспомним, что значительная часть питания рек происходит за счет подземных вод, которые в процессе медленного движения растворяют вещества, содержащиеся в горных породах. Но и почвенный покров служит источником обогащения поверхностного стока самыми разнообразными веществами. Интересно, что более промытые подзолистые почвы севера меньше обогащают воду, стекающую с поверхности, чем менее промытые черноземы и особенно каштановые почвы. Поэтому речная вода в южных засушливых районах, как правило, более минерализована, чем в увлажненных районах севера. Но обогащение воды растворенными веществами не ограничивается естественными процессами. Дело в том, что речная вода используется для удаления и обезвреживания сточных вод городов и промышленных предприятий. Сущность обезвреживания заключается в разбавлении сточных вод природной речной водой, в процессе которого речная вода обогащается иногда большим количеством самых разнообразных ионов. По этой причине речная вода некоторых экономически развитых районов становится все меньше пригодной для использования. Эта проблема рассматривается в III части. Изучение химического состава речной воды необходимо для определения качества питьевой воды, для оценки ее пригодности
для тех или иных производственных целей. От жесткости воды, например, зависит качество мыла, содержание в нем жиров. В районах с более жесткой водой необходимо использовать мыло с большим содержанием жиров, в районах с мягкой водой— с меньшим. Д л я питания котлов теплоэлектростанций в районах с минерализованной водой часто приходится применять разные способы ее смягчения или уменьшения содержания растворенных в воде солей. При соответствующем химическом составе вода интенсивно выщелачивает бетон гидротехнических сооружений, или, как говорят, является агрессивной по отношению к бетону. Д л я того чтобы предупредить такое вредное действие воды, подбирают особые сорта цемента, противодействующие выщелачиванию. В последние десятилетия на основании анализа содержащихся в воде микроэлементов судят о наличии тех или иных полезных ископаемых, встреченных водой на пути своего движения. Учитывая эту особенность, а также тот факт, что реки золотоносных районов транспортируют и мельчайшие механические частицы золота, автором в середине 30-х годов была поставлена проблема «гидрозолота» и он руководил исследованиями по этой проблеме (Львович, 1934-а, б,). В природной воде было открыто содержание большого числа таких микроэлементов, как титан, литий, никель, кобальт, радий и многие другие (Виноградов, 1944, 1948). Но не микроэлементы — основная часть растворенных в воде веществ, а соли: хлорида натрия — NaCl, хлорида калия — КС1, сульфата кальция — CaS0 4 , карбоната магния — MgCOe, карбоната кальция — С а С 0 3 и других карбонатных солей. В речной воде засушливых районов иногда содержатся также соли: Na 2 S04, M g S 0 4 и др. Таблица 23 Мировой ионный сток
Слой ионного стока, мм
Части света
Ионный сток, млн. т
Минерализация, мг/л
Модуль ионного стока, т/км2
Европа Азия . . . . . . . . Африка Северная Америка . . Ю ж н а я Америка . . . Австралия *
240 850 310 410 550 120
77 65 72 69 53 60
25,0 20,2 12,2 20,5 32,3 20,0
0,010 0,008 0,005 0,006 0,012 0,008
2 480
63
20,7
0,008
Земной шар
* Включая Тасманию, Новую Зеландию и Новую Гвинею.
Ионный сток подобно твердому стоку представляет собой одну из форм эрозии. В табл. 23 приведена сводка данных о мировом ионном стоке, заимствованная из работы О. А. Алекина и Л. В. Бражниковой (1964), но пересчитанная мною с учетом новейших данных о мировом стоке воды и с некоторыми поправками на площадь частей света, исключая полярные ледники и районы, лишенные рек. Как видно из табл. 23, суммарный ионный сток составляет 2,5 млрд. т/год, в том числе с выносом в океан (за вычетом 225 млн. т, приходящихся на замкнутые области, не имеющие стока в океан) 2,2 млрд. т. Средний модуль ионного стока со всей суши достигает немногим более 20 т/км2, а слой ионного стока, принимая средний удельный вес минералов, растворенных в воде, в 2,6—0,008 мм при средней минерализации речной воды в 63 мг/л. Общий ионный сток с разных материков колеблется в пределах от 120 млн. т. (Австралия с островами) до 850 млн. т (Азия). Относительно мал ионный сток в Европе и Африке. В Северной и Южной Америке он соответственно составляет 410 млн. т и 550 млн. т. Но относительные показатели ионного стока — общая минерализация, модуль и слой ионного стока — довольно устойчивы. Д л я четырех материков (Европа, Азия, Северная Америка, Австралия) модуль ионного стока колеблется в узких пределах 20—25 т/км2 и лишь в Африке уменьшается до 12-т/км 2 , а в Южной Америке повышается до 32 т/км2. Вместе с тем в пределах каждого из континентов колебания относительных показателей ионного стока весьма значительны. Это, конечно, относится и к химическому составу растворенных веществ. Все приведенные данные говорят о том, что химические факторы эрозии играют большую роль. Интересно, что в четырех вариантах расчетов мирового ионного стока, произведенных разными авторами за истекшие 50 лет со времени первого расчета мирового ионного стока, сделанного Ф. Кларком (Clark, 1924), были получены довольно близкие результаты. Ф. Кларк ионный сток в океан оценил в 2,7 млрд. т, Г. А. Максимович (1955, первое издание— 1949) весь ионный сток с суши—в 3,7 млрд. т, Г. В. Лопатин (1950) — в 3,6 млрд. т, О. А. Алекин и Л. В. Бражникова (1964) — в 2,5 млрд. т. Данные, приведенные в табл. 23, не представляют оригинального расчета, поскольку он основывается на данных последних двух авторов. Теперь в заключение приведем суммарные данные о механической и химической эрозии (табл. 24). Как видно из табл. 24, химическая эрозия увеличивает механическую больше чем на 20%. Но необходимо учитывать тенденцию роста минерализации речных вод в связи с их использованием для сброса и удаления сточных вод. Эта важная проблема рассмотрена в III части книги. Но здесь следует отме-
Таблица 24 Продукты современной эрозии мира
Части света
Европа Азия Африка Северная Америка Ю ж н а я Америка Австралия Земной
шар
Твердый сток, млн, т
Ионный сток, млн. г
350 16 800 600 . . . . 2 030 . . . . 975 1 600
240 850 310 410 550 120
2 355
2 480
Суммарный Модуль Слой сток про- продуктов продуктов дуктов эрозии, эрозии, эрозии, т/км2 мм млн. г
590 17 650 910 2 440 1 525 1 720 24 835
62 420 36 120 90 290
0,024 0,16 0,014 0,046 0,035 0,11
200
0,077
тить, что тенденция роста минерализации, как есть основание считать, будет в основном приостановлена еще до конца текущего столетия. И не приходится сомневаться в том, что в первые десятилетия следующего столетия загрязнение вод будет прекращено.
Ю — 4897
ГЛАВА VII
МИРОВЫЕ РЕСУРСЫ ПРЕСНЫХ ВОД ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Под водными ресурсами мы понимаем пригодные для использования воды, практически все воды Земли: речные, озерные, морские, подземные, почвенная влага, лед горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы исключая «связанные», входящие в состав минералов и биомассы. (Львович, 1966-а, 1967-6, 1967-г). К водным ресурсам относятся также водные объекты — моря, реки, озера, а также искусственно созданные каналы, водохранилища, поскольку они широко используются для судоходства, рыболовства, отдыха, туризма и для других целей без изъятия из них воды. Самыми ценными для хозяйства и личных надобностей являются пресные воды суши — подземные, речные воды, так же как и воды озер и водохранилищ. Они наиболее доступны для использования на большей части пространств суши и, что едва ли не главное, непрерывно возобновляются в процессе круговорота воды. Поэтому балансовая оценка водных ресурсов (см. гл. V) наиболее близко соответствует особенностям происхождения этого ,вида природных ресурсов и теории гидрологической науки, в основе которой лежит круговорот воды. Все, что сказано в предыдущих главах, освещает различные стороны и особенности водных ресурсов. После такой многосторонней характеристики основных свойств водных ресурсов, сделанной выше во II части книги, остается сказать о водных ресурсах отдельных стран мира и их обеспеченности пресными водами на душу населения, а также отдельно осветить водные ресурсы СССР. В основе ресурсной оценки вод отдельных стран лежат карты элементов водного баланса, позволяющие определить ресурсы пресных вод любой территории — страны или ее части. Таким образом, для каждого из государств определяются те ресурсы, которые формируются на его территории. Такой прин-
цип, несомненно, имеет основания. Однако с точки зрения правовых основ и сложившейся практики строгое ограничение водных ресурсов границами отдельных стран далеко не всегда возможно и вполне обоснованно. Многие реки текут из одной страны в другую или служат государственной границей, немало озер также пересекаются границами между странами, нередко один и тот же горизонт подземных вод или один артезианский бассейн простирается на территории двух или нескольких стран. Но в еще большей мере это относится к морям, территориальные воды которых выделяются часто более или менее условно, но Мировой океан, составляющий главную часть гидросферы, представляет собой такой водный объект, в котором проявляются интересы большого числа стран мира. Это говорит о том, что балансовая оценка водных ресурсов отдельных стран требует некоторых поправок. В отношении ресурсов пресных вод следует отметить, что они заключаются в определении транзитного речного стока, который образуется в одной стране и течет в реке, пересекающей другую. Этот вопрос более или менее просто решить для рек, особенно больших, но пока еще он остается открытым для подземных артезианских вод, источник питания которых нередко находится на территории одной страны, а их вода распространяется на территорию другой. Отчасти все эти сложные правовые вопросы решаются отдельными международными соглашениями, но в целом эта проблема нуждается в дальнейшем изучении и в правовом отношении. Использование водных ресурсов отличается от характера использования других источников природных ресурсов. Например, после того как каменный уголь или нефть добыты и сожжены либо использованы в качестве сырья в химической промышленности, они перестают существовать в качестве этих продуктов, а превращаются в углекислый газ и многие другие вещества. Вода же после любых видов использования остается водой, иногда лишь меняет свое агрегатное состояние, превращаясь в пар. Но при всех видах ее использования продолжает участвовать в круговороте. Лишь небольшая часть воды в процессе производства химически связывается и входит в состав изготовляемой продукции. Отсюда следует, что водные ресурсы делятся на две принципиально различные группы: состоящие из единовременных стационарных запасов (см. гл. I) и из возобновимых запасов, составляющих динамическую часть круговорота воды и оцениваемых балансовым методом (см. гл. Ill—V). Благодаря круговороту воды все виды гидросферы, как это сказано выше, с той или иной интенсивностью возобновляются. Поэтому, если воду использовать в объеме, возобновляемом круговоротом воды, то источники водных ресурсов будут неисчерпаемыми, вечными. В практике же водного хозяйства так бывает далеко не всег10*
259
да. Например, уровень подземных вод многих артезианских бассейнов в течение последних десятилетий систематически снижается. Это служит показателем того, что изъятие подземных вод для практических целей производится в объеме, превышающем естественное возобновление. Если так будет продолжаться, то в конце концов артезианские воды таких бассейнов будут исчерпаны и прекратят свое существование как источник водных ресурсов. Аналогичное явление происходит на многих системах подземных вод земного шара. Часто этот процесс в прибрежных морских районах сопровождается вторжением в водоносные горизонты соленой морской воды, замещающей истощенные подземные пресные воды. Примерами могут служить побережье Северного моря в Европе, о-в Лонг-Айленд в Нью-Йорке и др. Как мы увидим, при соответствующих мерах этот процесс можно прекратить и даже умножить возобновимые ресурсы подземных вод. Но такие меры нужно планировать, а для этой цели необходимо знать характер источника водных ресурсов: интенсивность возобновления его запасов, его балансовые характеристики. Наряду с эксплуатацией водных ресурсов в пределах возобновимых запасов в некоторых случаях вполне допустимо планирование использования в объеме, превышающем возобновимые запасы, т. е. за счет вековых единовременных запасов. Это относится к случаям, когда единовременный объем очень велик в сравнении с объемом используемой воды и эксплуатация вековых запасов не отражается на состоянии других видов гидросферы (источников водных ресурсов). Примером могут служить глубинные подземные воды. Их объем весьма велик (см. табл. 1 на стр. 21), и если бы потребовалось использовать этот источник водных ресурсов, то воды хватило бы надолго. Важно лишь заранее учесть, не повлияет ли эксплуатация глубинных подземных вод на состояние подземных вод зоны активного водообмена, а также на условия естественного дренажа подземных вод реками. Д л я того чтобы получить ясный ответ на эти вопросы, надо провести соответствующие научные исследования. Нужно еще помнить, что глубинные подземные воды большей частью соленые, вплоть до концентрированных рассолов, поэтому возможности их использования весьма ограниченны. Другой пример возможной эксплуатации вековых медленно возобновляемых запасов воды — полярные ледники. Их объем почти достигает 24 млн. км3, и если в будущем понадобится использовать этот источник, то его ресурсов хватит надолго. При эксплуатации полярных ледников в объеме, в 10 раз превышающем их ежегодное возобновление, другими словами, в объеме 25—30 тыс. км3 в год, их хватило бы на 1000 лет. Эти примеры пока относятся больше к области фантастики, но в будущем человечество может оказаться перед необходимостью использования и этих источников водных ресурсов.
Очень важно деление водных ресурсов на пресные и мине-рализованные, соленые. Последние, как вполне очевидно, можно использовать весьма ограниченно, для таких вод требуется энергоемкое и дорогостоящее опреснение. Д л я большей части практических нужд необходима пресная вода. Если учесть это, то водных ресурсов, доступных для использования» оказывается гораздо меньше. Это в основном относится к единовременным запасам, так как из общего объема гидросферы в 1 455 млн. км3 1 427 млн. км3, или более 98%, составляют соленые воды различной степени минерализации. Что касается воды, непосредственно участвующей в круговороте (ежегодно возобновимых запасов), то она в силу своей подвижности и благодаря частым переходам из одного агрегатного состояния в другое — из пара в воду, из воды в лед и обратно — слабоминерализованна, как правило, пресная. Еще один очень важный признак для оценки водных ресурсов — их устойчивость во времени. Выше уже говорилось о колебаниях водного режима рек от сезона к сезону и из года в год. Устойчивые водные ресурсы представляют наибольшую ценность, так как почти для всех практических целей всегда важно располагать определенным количеством воды. По двум последним признакам — качеству воды и степени устойчивости и зарегулированное™ — водные ресурсы целесообразно делить на классы по следующей схеме: Качество воды Степень зарегулированности
Высокая, I . . . . Средняя, II . . . . Низкая, III . . . .
высокое, А
среднее, Б
IА II А III А
I Б II Б III Б
низкое,
в
I В II В III В
В этой классификации степень пригодности водных ресурсов определяется относительно степени зарегулированности и качества вод, ориентируясь на требования, предъявляемые данной отраслью хозяйства или видом использования. Например, для питьевого водоснабжения требуется вода высокого качества и хорошо зарегулированная, т. е. класса I А, а для орошения— воды классов I А, II А и д а ж е III А при условии повышенной водоносности в период вегетации. Д л я гидроэнергетики качество воды имеет меньшее значение, чем степень зарегулированности, и т. д. Такие характеристики необходимы для естественного состояния водных ресурсов, но следует также иметь в виду, что повышать класс водных ресурсов можно искусственными путями: с помощью водохранилищ и мелиоративных мер возможен перевод из класса III А в класс II А или I А; методами опреснения или регенерации можно воды низкого качества
класса I В также перевести, например, путем дистиляции или регенерации в класс I А. Перевод водных ресурсов из труднодоступных для использования низких классов в высокие классы ресурсов, наиболее пригодных и удобных для эксплуатации, является формой расширенного воспроизводства водных ресурсов, которой посвящена гл. X. Деление водных ресурсов на классы по приведенной выше схеме пока еще не практикуется, но такой вопрос уже назрел в связи с прогрессирующим использованием водных ресурсов, а также в связи с их различной ценностью в зависимости от указанных признаков. Поэтому необходимо развитие и применение подобной классификации. Д л я того, чтобы правильно оценить наиболее важный источник водных ресурсов — устойчивый речной сток, нельзя в полной мере удовлетворяться данными об устойчивом стоке, помещенными в табл. 20 (см. гл. V). Сток почти в 12 тыс. км3/год для всей суши и 1020 км3/год для СССР характеризует только устойчивый сток подземного происхождения. Существует, однако, еще и устойчивый сток озерного происхождения, т. е. зарегулированный озерами. Примерами могут служить: сток р. Святого Лаврентия, зарегулированный системой Великих озер, сток р. Ангары, зарегулированный оз. Байкал, сток р. Невы, весьма устойчивый благодаря регулирующему действию огромной системы озер, включающей наибольшее озеро Европы — Ладожское. Если учесть сток, зарегулированный озерами, то общие ресурсы устойчивого речного стока составят: для всей суши приблизительно 12 200 км3, а для С С С Р — 1 1 2 0 км3. К этим числам нужно еще добавить речной сток, зарегулированный водохранилищами, т. е. преобразованный приемами расширенного воспроизводства водных ресурсов, о чем подробнее будет сказано ниже. С учетом стока, зарегулированного озерами и водохранилищами, современный паводочный сток, не считая стока с полярных ледников, составляет для всей суши не 26 945 км3/год, а приблизительно 24 800 км3. При этих вычислениях учитывается, что уменьшение объема паводочного стока в результате регулирующего действия водохранилищ не соответствует в полной мере их полезной емкости. Происходит это потому, что в некоторые годы объем паводка меньше полезной емкости водохранилища. Объем стока, зарегулированного водохранилищами, принимается в размере около 40% их емкости. Задача возможно более полного использования водохранилищ для регулирования паводочного стока в дальнейшем будет поставлена на первое место. Этот вопрос в ряде районов с развитой экономикой назрел уже сейчас. Итак, золотым фондом водных ресурсов является устойчивый речной сток, оцениваемый для всей суши в 14 тыс. км3/год,
что составляет 36% полного стока рек земного шара. Устойчивый сток рек СССР достигает около 1400 км3, или 31% полного речного стока. Напомним, что этот источник водных ресурсов представляет наибольшую ценность для человечества, так как он постоянно обеспечивает воду высокого качества. Устойчивый сток обычно используется для водоснабжения и орошения путем изъятия его из рек, озер или водохранилищ. Но почти такое же количество воды можно извлекать из подземных горизонтов до ее попадания в реки. Часто такой способ водоснабжения обходится дороже, но он имеет и преимущества, поскольку обеспечивает более высококачественной, незагрязненной водой. Поверхностный (паводочный) сток менее ценен, так как может быть использован после соответствующих преобразований, о которых сказано 1^иже. Важнейшая особенность водных ресурсов — их очень высокая динамичность и тесная взаимная связь различных источников, обусловленная круговоротом воды. Высокая динамичность создает трудности улавливания воды, регулирования стока, борьбы с непродуктивным испарением и т. п. Вместе с тем в высокой динамичности водных ресурсов кроется и благо. Именно благодаря этой особенности происходит непрерывное возобновление и опреснение водных ресурсов суши, а благодаря этому свойству, правда при некоторых обязательных условиях, которые пока далеко не всегда соблюдаются, вода является вечным, никогда не исчерпаемым природным ресурсом. Другое важное свойство — взаимная связь между различными источниками водных ресурсов, а также взаимосвязь между водой, почвой, горными породами, растительностью и атмосферой— дает в руки человека мощное средство управления круговоротом воды в необходимом ему направлении. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ СТРАН МИРА
В таблице 25 помещены результаты расчетов водных ресурсов основных стран мира. Эти данные получены по картам элементов водного баланса, помещенным в гл. V. Они, следовательно, характеризуют водные ресурсы, формируемые в пределах территории, занимаемой данной страной. Транзитный речной сток данной страны, формируемый на территории другой, приводится на основании приближенных оценок лишь в тех случаях, когда он играет существенную роль в хозяйстве данной страны. Примером может служить Болгария. Полный речной сток этой страны, формируемый в пределах ее территории, едва достигает 18 км3, но граница государства проходит по Дунаю, годовой сток которого составляет около 170 км3, т. е. в 10 раз больше, чем с территории собственно Болгарии. Другой
Таблица 25 Балансовая оценка ресурсов пресных вод основных стран мира
Осадки ( Р ) 4
х
«
3 я п о е
5
4 О к
и 0 к X о. 01 да ^ о ЬО е
6
7
30.3 63,0 116 7.5 24.2 3,7 3.6 93 58,6 12,2 17.4 22.3 8.3 48.0 66,2 47.4 9.4
75.7 131 260 7.6 42.2 6,5 5,8 139 93,9 28,0 28.3 34.8 18.4 81,0 93,8 75,6
21,8
44,2 43.5 9.7
3
х S <и on
к я о р.
Я" к bi
£О
С
а Н о
подзем ного
3
к
Ресурсы речного стока на душу населения, тыс. мг
8
9
10
11
12
109,3 168 175 22,1 58,8 21,2 17,8 389 166 38,5 32,8 62,2 67,2 240 236,2 190,4 24;з 98,8 146,5 58,3
79 105 59 14,6 34,6 17,5 14,2 296 107 26,3 15,4 39,9 58,9 192 170 143 14,9 77,0 104,4 48,6
§
j
2
«
*
•к X й) (X «
полного
1
Население млн. челов
Страны
Площадь, тыс.
2
Валовое увлажнение территории (Wi
Речной сток, км3
СП
Европа Финляндия Швеция Норвегия Дания Исландия Нидерланды . . . . Бельгия и Люксембург Франция Великобритания . . . Ирландия Швейцария . . . . Австрия Португалия Испания Италия Югославия Албания Греция ФРГ ГДР
337 450 324 43 103 41 33 547 244 70 41 84 92 505 301 256 29 132 248 108
4,70 8,05 3.88 4,92 0,21 13,02 10,02
50,77 55,71 2,94 6,28 7,42 9,63 33,29 53,67 20,53 2,17 8.89 59,55 16,18
185 299 435 29,7 101
27,7 23,6 528 259 66.5 61,1 97.0 85.6 321 330 266 37.1 143 190 68,0
106
194 376 15.1 66,4 10.2
9,4 232 152 40,2 45,7 57.1 26,7 129 160
123 22.2 66,0 85,6 19,4
42.1 9.7
12,8
79
20
15 22
18
22,5 24,1 96,9 3,07 319 0,78 0,94 4,57 2,73 13,7 7,28 7,70 2,77 3,88 2.98 5.99 10,2 7,42 1,44 1,20
1
2
1
3
4
5
1
6
7
|
8
9
1
ю
11
» 0,88 0,41 0,76 0,85 0,86 1,78
128 93 237 111 313 4 900
14,47 10,33 20,25 8,49 32,81 165,05
94,1 56,7 159 74,9 189 3 038
27,5 8,4 35,6 17,8 56,3 1 029
12,8 4,2 15,4 7,2 28г2 294
14,7 4,2 20,2 10,6 735 28,2
79,4 52,5 138,8 64,3 161,2 2 303
66,6 48,3 123,4 57,1 133,0 2 009
195
1,90 0,81 1,76 2,10 1,72 6,23
Европа Советский Союз в целом **
9 770 22 400
623,23 250,0 ***
7 186 109 60
3 154 4 350
1 181
1 973 3 330
5 213 7 630
4 032 6 610
300
5,11 17,8
1,91 4,08
Азиатская часть СССР . МНР К Н Р (с островами) . . Япония КНДР Ю ж н а я Корея . . . . Афганистан Иран Ирак Турция Кипр Сирия Страны Аравийского полуострова Пакистан Бангладеш Индия Шри Ланка Непал Бирма Таиланд Лаос
17 500 1 560 9 600 370 120 100 650 1 650 430 800 10 180
84,95 1,28 759,62 103,54 13,39 31,79 17,12 28,66 9,44 35,23 0,63 6,10
7 875 406 7 488 648 104 110 211 528 99 540 4,5 51
3 325 47 2 880 396 67 60 75 173 34 172 0,4 18
700 23 960 185 21 18 29 66 13 60 0,1 5
2 625 24 1 920 211 46 42 46 107 22 112 0,3 13
5 250 382 5 568 437 58 68 165 421 78 428 4,2 38
4 550 359 4 608 252 37 50 136 355 65 368 4Д 33
39,1 36,7 3,79 3,82 5,00 1,89 4,38 6,04 3,60 4,88 0,06 2,95
8,24 18,0 1,26 1,79 1,57 0,57 1,69 2,31 1,38 1,70 0,02 0,82
3 120 809 141 3 270 60 140 680 510 240
25,5 64,0 71,5 550,38 12,51 10,84 27,58 35,81 2,96
343 315 304 3 662 102 329 1 479 1 043 492
18,7 73 129 1 586 59 119 680 171 228
6,2 24 34 376 17 33 156 43 50
12,5 49 95 1 210 42 86 524 128 178
330,5 266 209 2 452 60 243 955 915 314
324,3 242 175 2 076 43 210 799 872 264
0,73 1,14 1,80 2,88 4,72 11,0 24,6 4,78 77,0
0,24 0,38 0,48 0,68 1,36 3,04 5,66 1,20 16,9
Чехословакия Венгрия Румыния Болгария Польша Европейская часть СССР
.
.
1 020
31 31 85 85 —
Азия — — — — — — —
— — — — —
170 1 000 235 — — —
69 88
1 Камбоджа ДРВ Южный Вьетнам Филиппины Малайзия, Сингапур и Бруней Индонезия **** Азия
.
.
.
.
1
2
180 160 170 300 340 1 510
|
3
4
6,70 21,15 18,33 38,49 14,58 116,6
315 292 453 882 1 035 3 579
44 600 2 108,68
32 690
|
5
|
6
7
8
9
117 174 202 390 486 1 510
30 43 41 180 71 226
87 131 161 210 416 1 284
228 161 292 672 620 2 295
198 118 251 492 549 2 069
13 190
3 410
9 780
22 910
19 500
10
410 —
416 — — —
—
и
17,5 8,23 11,0 10,1 33,3 13,0 6,25 1
12 4,48 2,03 2,24 4,68 4,87 1,94 1,62
Африка Тунис 160 Алжир 2 380 450 Марокко ***** Ливия 1 760 АРЕ 1 000 2 510 Судан 270 Западная Сахара (Испанская) Мавритания 1 030 Мали 1 240 1 270 Нигер 110 Дагомея 920 Нигерия 60 Того 240 Гана 270 Верхняя Вольта 320 Берег Слоновой Кости . . . 110 Либерия 70 Сьерра-Леоне 240 Гвинея 40 Гвинея-Бисау Гамбия 10 Сенегал , 20
5,14 4,01 15,58 1,87 33,33 15,70 0,63 1,17 5,02 4,02 2,69 55,07 1,86 9,03 5,38 4,31 1,17 2,51 3,92 0,56 0,36 3,93
40,0 200 134 58 20 1 090 9,4 138 534 260 128 1 182 74 319 264 456 333 220 520 78 12,5 173
4,6 31 32 7,0 4,0 63 1,1 8,2 62 14 15 261 8,4 70 28 133 232 160 226 31 1,6 23,2
1,3 7 12,6 1,7 0,5 20,1 0,3 2,0 16 4 3 87 1,4 10 7 40 60 50 70,3 14 0,4 7,6
3,3 24 19,4 5,3 3,5 42,9 0,8 6,2 46 10 12 174 7,0 60 21 94 172 110 156 17 1,2 15,6
36,7 176 115 52,7 16,5 1 045,1 8,8 132 487 250 116 1 004 67 259 243 362 161 110 364 61 11,3 157
35,4 169 102 51 16 1 025 8,5 199,8 471 246 113 917 65,6 249 236 323 101 60 294 47 10,9 150
— — — —
91 106 —
12 —
30 —
47 — — — — — — — — —
12
0,89 2,21 2,05 3,74 0,12 4,01 1,75 7,00 12,4 3,48 5,68 4,74 4,52 7,75 5,20 30,8 198 63,7 57,6 55,4 4,44 5,90
0,25 0,50 0,81 0,91 0,02 1,27 0,48 1,71 3,19 1,00 1,12 1,58 0,75 1,11 1,30 9,05 51,3 19,9 17,8 25,0 1,11 1,93
1 Камерун Чад ЦАР Конго Заир Габон Экваториальная Гвинея Эфиопия Сомали ****** Кения Уганда Танзания Руанда Бурунди Малави
.
Малагасийская Республика Мозамбик Ю ж н а я Родезия Намибия Ботсвана ЮАР ******* Лесото Ангола
.
.
2
3
4
480 1 280 620 340 2 340 270 30 1 220 660 580 240 930 30 30 120 750 590 780 390 820 600 1 240 30 1 250
5,84 3,71 1,52 0,94 17,42 0,50 0,29 25,05 3,04 10,90 9,76 13,27 3,59 3,60 4,53 4,30 6,75 7,27 5,27 0,63 0,65 20,52 1,04 5,36
802 454 865 585 3 744 484 65 886 234 411 306 772 36 30 123 713 796 644 285
30 290
343,01
20 780
246 231 603 27 1 194
5
268 38,4 141 181 1 019 164 30 115 11,9 37 66 76 6,3 3,6 9,0 96 227 58 23 9 9 59 4,0 158 4 225
|
6 93 11,5 56 68 421 62 10 44 3,3 14 29 23 3,6 2,1 2,6 35 55 17 5 1,6 1,8 17 1,3 72 1465
7
175 26,9 85 ИЗ 594 102 20 71 8,6 23 37 53 2,7 1,5 6,4 61 172 41 18 7,4 7,2 42 2,7 86 2 760
8
9
627 427 780 472 3 161 382 45 815 225 388 269 719 33,3 28,5 117 652 624 603 267 239 224 561 24 1 105
533 416 724 404 2 736 320 35 771 222 374 240 696 29,7 26,4 114 617 569 586 262 237 222 544 23 1 036
18 020
16 555
10
__
11
—•
45,9 10,4 92,8 192 58,4 328 103 4,59 3,91 3,39 6,76 5,72 1,75 1,00 1,99 22,3 33,6 7,98 4,36 14,3 13,8 2,88 3,85 29,5
919
12,3
— —
621 —
— — — — — — — — — — — — — — — — — —
12
15,9 здо 36,8 72,3 24,3 124 34,5 1,76 1,08 1,28 2,97 1,73 1,00 0,58 0,57 8,14 8,15 2,34 0,95 2,54 2,77 0,83 1,25 12,9 4,27
1
2
з
|
4
|
5
|
6
7
|
8
9
10
п
—
128
33,9
5 200 381 87,5 8,4
1 500 105 22,4 2,1
12,0 5,4 11,6 2 033 11,4 5,51
2,1 1,4 3,56 593 3,21 2,74
12
Северная Америка *** Ф * * * Канада ******** В том числе: Юкон и Северо-Западные территории . . . Британская Колумбия . Восточные провинции . США (48 штатов) В том числе: Западные штаты . . . Северные » Южные » Аляска США в целом Мексика
. . .
.
8 700
21,4
4 930
2 740
725
2015
2915
2 190
2 640 950 5 100 7 900
0,05 2,1 19,2 205,1
650 1 060 3 220 5 398
260 800 1 680 1 735
75 220 430 482
185 580 1 250 1 253
465 480 1 970 4 145
390 260 1 540 3 663
3 100 2 500 2 300 1 500 9 400 2 000
35,1 106,6 63,4 0,3 205,4 50,7
1 178 1 862 2 358 1 000 6 398 1 252
422 576 737 610 2 345 330
85 171 226 178 660 139
337 405 511 432 1 685 191
841 1 457 1 847 568 4 713 1 061
756 1 286 1 621 390 4 053 922
1 524
3 891
8 689
7 165
179 28,6 27 121 202
148 22 23 82 143
Северная Америка (без Центральной Америки и Вест| 20 100 Индии)
277,5
12 580
5415
— — — —
— — — — — —
—
19,5
5,5
15,1 123 4,24 38,0 71,7
6,07 50,8 1,13 15,7 29,8
Центральная Америка и Вест-Индия Гватемала Британский Гондурас Сальвадор Гондурас Никарагуа
. . . .
109 ' 22 21 112 140
5,11 0,13 3,53 2,58 1,98
225 38 38 180 285
77 16 15 98 142
31 6,6 4 39 59
46 9,4 11 59 83
— — — — —
I
»
1
з
1
4
Коста-Рика Панама Куба . . . . . Ямайка Гаити Доминиканская Республика
51 76 115 И 28 49
1,69 1,46 8,39 2,00 4,87 4,32
136 190 133 11 36 58
Центральная Америка и ВестИндия
734
36,06
1 330
5 .
6
7
70 80 26,2 2,2 6,6 12
21 42 8 0,6 1,8 3
49 38 18 1,6 4,8 9
545
216
329
|
1
8
9
87 152 115 9,4 31,2 49
66 110 107 8,8 29,4 46
001
785
ю
— — — — —
|
"
1
12
41,4 54,8 3,12 1,10 1,36 2,78
12,4 28,8 0,95 0,30 0,37 0,69
15,1
5,99
Ю ж н а я Америка Аргентина Уругвай Парагвай Бразилия Гвиана (Франц.) Суринам Гайана Венесуэла Колумбия Эквадор Перу Боливия Чили Южная Америка
2 780 180 410 8510 90 160 210 910 1 140 280 1 280 1 100 760 17810
24,35 2,89 2,39 95,31 0,05 0,39 0,76 10,40 21,12 6,09 12,59 4,93 9,78
2 004 253 615 15 880 360 422 525 1 792 3 079 472 1 789 1 356 808
289 59 94 5 668 120 200 241 761 1 112 318 750 300 468
128 23 41 1 874 47 80 103 227 510 134 303 130 140
161 36 53 3 794 73 120 138 534 602 184 447 170 328
1 843 217 562 12 086 287 302 387 1 258 2 477 288 1 342 1 186 480
1 715 194 521 10212 240 222 284 1 031 1 967 154 1 039 1056 340
191,05
29 355
10380
3 740
6 640
22 715
18975
300 65 220 1 760 — — —
461 — —
—
— —
—
11,9 5,26 20,4 7,96 39,3 17,2 59,5 19,7 2 400 940 513 205 317 136 73,2 21,8 52,7 24,1 52,2 22,0 59,6 24,1 60,8 26,4 47,8 14,3 54,3
19,6
1
.
3
5
6
7
8
9
,0
11
»
Австралия и Новая Зеландия ггралия (материк) . . . В том числе: Западная Австралия . Северная территория Ю ж н а я Австралия . . Квинсленд Новый Южный Уэльс . Виктория Тасмания
.
7 600
12,04
3 268
334
38
296
2 972
2 934
—
27,7
3,16
.
2 500 1 400 1 000 1 700 800 200 70
0,99 0,07 1,11 1,81 4,60 3,46 0,39
792 662 202 1 076 395 139 93
62 53 5 139 55 19 48
5 4
735 613 198 949 349 127 55
730 609 197 937 340 120 45
—
12 9 7 10
57 49 4 127 46 12 38
—
62,6 757 4,50 76,8 12,0 5,49 123
5,05 57,1 0,90 6,63 1,96 2,02 25,6
7 670 80
12,43 1,75
2 490 3 361
1 186 382
218,5 48
967,5 334
1 522,5 3 027
1 304 2 979
—
678 30,4
124 3,82
7 750 270
14,18 2,91
5 851 554
1 568 397
266 198
1 302 198
4 549 355
4 283 157
—
115 155
2,11 0,80
189 363
120 277
60 138
60 138
128 225
. .
Австралия (материк),Тасмания Новая Гвинея Австралия (материк), Тасмания, Новая Гвинея Новая Зеландия В том числе: Северный остров . . . . Южный »
1
68 86
— — — — —
—
—
110 136 56,9 346
18,8 68,0 28,4 172
Примечания: * Данные о площадях территории и численности населения стран Европы, Азии, Африки, Центральной Америки, Вест-Индии и Южной Америки взяты из «Demographic yearbook», 1971. ** При вычислении объема стока (км 3 ) принимается площадь за вычетом площади акватории внутренних морей. *** Более подробные сведения о водных ресурсах СССР (пе союзным республикам и экономическим районам) приведены в другой работе автора (Львович, 1971-6). Данные о численности населения СССР взяты по сообщению ЦСУ при Совете Министров СССР. **** Б е з Западного Ириана. ***** Включая Ифни. ****** Включая Федеративную территорию афаров и исса. ******* Включая Свазиленд. ******** Данные о площадях территории Канады, США, Австралии и Новой Зеландии и численности населения последних взяты из книги А. Г, Шигера «Современная карта зарубежного мира». М., 1971; данные о численности населения Канады и С Ш А — из «Demographic yearbook», 1971.
пример — Венгрия, на территории которой образуется 11 км3 речного стока, но страну пересекает Дунай со стоком около 63 км3. Еще более разительным примером может служить Египет, на территории которого формируется ничтожно малый сток порядка 4 км3, что при населении, превышающем 30 млн. человек, поставило бы страну в критическое положение, так как на душу населения приходилось бы в год всего лишь 100 м3 местного речного стока и менее 20 м3 подземного. Но всю страну пересекает Нил с ежегодным стоком более 90 км3, что коренным образом меняет водоресурсное положение Египта. Подобные примеры многочисленны, но этот вопрос, как отмечено, решается лишь для тех стран, для которых транзитный речной сток имеет существенное значение. Данные для многих стран, помещенных в табл. 25, носят приближенный характер. Это прежде всего относится к странам, занимающим малые площади, и особенно в тех случаях, когда по их территории или по ближайшим к ней отсутствуют данные непосредственных наблюдений над элементами водного баланса. В таких случаях расчеты основываются на интерполяционных зависимостях, дающих приближенное решение, причем точность результатов расчетов падает по мере уменьшения площади, для которой определяются водные ресурсы. Невелика также относительная точность оценки водных ресурсов аридных районов, особенно когда речной сток менее 10 мм. Как правило, сток таких районов изучен недостаточно и, кроме того, точность его измерений невелика. В абсолютных величинах сток в 4 мм или в 7 мм дает небольшую разницу, но в относительных величинах она весьма значительна. Вместе с тем для СССР и ряда других стран Европы (Польша, Румыния, Болгария, Франция и др.), Северной Америки (США, Канада), Австралии, Новой Зеландии и для территории многих других государств полученные по карте данные по водным ресурсам сопоставлялись с результатами национальных определений. Это, конечно, повышает достоверность данных, полученных по крайней мере для части стран. Но такая проверка возможна лишь для полного речного стока, в некоторых случаях — для атмосферных осадков. Что же касается подземного и поверхностного стока, а также ресурсов почвенной влаги, то такие данные, как правило, отсутствуют, так как балансовая оценка водных ресурсов с использованием дифференцированного метода применена лишь для немногих стран, кроме СССР: Болгарии и Румынии, отчасти для Югославии. Следует отметить, что во всех случаях, когда результаты расчетов полного речного стока, полученные по помещенным в этой книге картам, удавалось сравнить с данными национальных расчетов, расхождения оказывались небольшими, в пределах 5%. Водный баланс территории и водные ресурсы в табл. 25 освещены для 127 стран мира. В таблицу не вошли данные по
ряду небольших стран, водный баланс которых определить не удалось. К ним относится большая часть островных стран Океании и некоторые небольшие континентальные государства, например Андорра, Лихтенштейн, Люксембург (данные для последнего объединены с Бельгией) и др. Данные по странам Аравийского полуострова в табл. 25 объединены для всего полуострова, так как получить достаточно надежные данные для каждой из них невозможно в силу высокой генерализации исходных карт, что связано со слабой гидрологической изученностью этого субконтинента. Почти в таком же положении находится изученность водных ресурсов стран Центральной Америки и Вест-Индии, кроме Кубы, на которой в последние годы действует довольно хорошая сеть гидрологических станций. По другим странам этого района мы располагаем в общем скудными исходными данными, поэтому сведения, помещенные для этих стран в табл. 25, следует рассматривать как весьма приближенные и нуждающиеся в уточнении. Д л я некоторых больших стран водные ресурсы дифференцированы по отдельным крупным частям, а для Советского Союза, кроме обобщенных характеристик для всей страны в целом, и для ее Европейской и Азиатской частей. Д л я каждой страны помещены данные о водных ресурсах в виде суммарных величин годовых объемов, зависящих от относительных величин водного баланса в милиметрах слоя и от размеров территории данной страны. Два последних столбца таблицы дают представление об обеспеченности основными источниками водных ресурсов (полным речным и подземным стокам) на душу населения. Наглядное представление об этих показателях дают картограммы на рис. 40 и 41. Д л я характеристики обеспеченности стран мира водными ресурсами по слою стока нужно было бы повторить почти все то, что было сказано в гл. V о картах основных элементов водного баланса. Поэтому здесь можно, по-видимому, ограничиться некоторыми сравнениями водности стран отдельных континентов исходя из трех градаций полного речного стока: более 600 мм — высокая водность, 200—600 мм — средняя водность, 50—200 мм — низкая, менее 50 мм — весьма низкая. В Европе к первой группе стран с высокой водностью относятся Норвегия, Швейцария, Австрия, Албания, Исландия, Ирландия, Великобритания; ко второй группе — Финляндия, Швеция, Дания, Нидерланды, Бельгия, Франция, Португалия, Италия, ФРГ. Остальные страны можно включить в третью группу (50— 200 мм). К четвертой группе можно отнести лишь отдельные части некоторых стран: юг Европейской части СССР и некоторые районы на Балканском, Аппеннинском и Пиренейском полуостровах. Напомню, что эти характеристики даются без учета транзитного стока, играющего для некоторых стран едва ли не наиболее важное значение как источник водных ресурсов.
Рис. 40. Обеспеченность ресурсами полного речного стока стран мира в тыс. м^год
на душу
Рис. 41. Обеспеченность ресурсами подземного стока стран мира в тыс. м3/годпа
душу населения
В Азии все страны юго-восточной части континента, кроме Таиланда, а также Японии, характеризуются высокой водностью. Ко второй группе относятся КНР, К Н Д Р , Южная Корея, Турция, Пакистан, Индия и Таиланд, к третьей группе — Азиатская часть СССР, Афганистан, Иран, Ирак, Сирия, к четвертой — Монголия, Кипр и страны Аравийского полуострова. В Африке лишь несколько стран приэкваториальной части континента относятся к странам с высокой водностью (Либерия, Сьерра-Леоне, Гвинейская Республика, Гвинея-Бисау, Габон и Экваториальная Гвинея) и приблизительно столько же — к странам средней водности (Нигерия, Гана, Берег Слоновой Кости, Камерун, Центральноафриканская Республика, Конго, Заир, Уганда, Руанда и Малагасийская Республика). Две трети стран Африки характеризуются низкой и очень низкой водностью. К числу последних принадлежат все страны Северной, Северо-Восточной и Южной Африки. Некоторые из них (Египет, Судан и др.) обеспечиваются ресурсами транзитного речного стока. В Северной Америке Канада и США в целом относятся к странам средней водности, а Мексика — ближе к верхнему пределу низкой водности. Территории всех стран Центральной Америки отличаются высокой водностью. Из 13 стран Южной Америки территория 9 из них (Гвиана, Суринам, Гайана, Венесуэла, Колумбия, Эквадор, Бразилия. Перу, Чили) характеризуется высокой водностью, трех стран (Уругвай^ Парагвай, Боливия) — средней. Но для Уругвая и Парагвая едва ли не наиболее важное значение имеют ресурсы транзитного стока рек Параны, Парагвая и Уругвая. Наименьшей водностью в Южной Америке отличается Аргентина (полный сток около 100 мм), но и для этой страны существенную роль играют ресурсы транзитного стока Параны и некоторых других рек, берущих начало в Андах. В целом страны Южной Америки отличаются высокой водностью и наиболее высокой обеспеченностью основными источниками водных ресурсов на душу населения. Что касается Австралии, то ее территория в целом характеризуется весьма малой водностью, но ее обеспеченность водой на душу населения все же выше средней для земного шара. Новая Зеландия по всем показателям относится к одной из наиболее обеспеченных водой стран мира. Данные об обеспеченности стран мира ресурсами полного' речного и подземного стока на душу населения сведены на картограммах (рис. 40 и 41). Эти показатели, конечтш, не в полной мере характеризуют действительную обеспеченность стран водой, так как вода расходуется не только на удовлетворение личных потребностей людей, но критерием обеспеченности ею должно также служить и развитие промышленности и весьма водоемкого орошаемого земледелия, на нужды которых расходуется во многих странах значительно больше воды, чем на не-
посредственные нужды людей. В будущем расходование воды на единицу продукции должно снижаться. Но это принципиально правильное положение далеко не всегда оправдывается на практике. Так, в период быстрого роста химической промышленности, особенно производства синтетических материалов, водоемкость производства сильно возросла. Однако преодолению этой неблагоприятной тенденции в Советском Союзе положено успешное начало, что особенно относится к нефтеобрабатывающей промышленности, водоемкость которой (на единицу продукции) за последние 10—15 лет уменьшена в несколько раз, а в перспективе должна быть снижена до нуля. Этот очень важный вопрос относится к III части книги, но такое краткое разъяснение помогает глубже понять сущность данных по удельной обеспеченности водными ресурсами на душу населения. Но и уровень расходования воды на непосредственное удовлетворение потребностей людей также различен и зависит от наличия или отсутствия водопроводов и канализаций, от соотношения городского и сельского населения и т. д. Тем не менее приведенные данные о наличии водных ресурсов на душу населения дают более близкое представление об обеспеченности отдельных стран водными ресурсами, чем величины слоя или годовых объемов различных источников водных ресурсов, в основном зависящих от естественных факторов и почти совсем не отражающих роль воды в жизни людей отдельных стран, континентов и земного шара в целом. Обеспеченность водными ресурсами на душу населения — неполный показатель, но он представляет собой первую ступень гидроэкономической характеристики водных ресурсов. Картосхемы на рис. 40 и 41, отражающие совокупность водности территории и демографического фактора, позволяют установить некоторые общие закономерности обеспеченности водными ресурсами на душу населения. В приэкваториальных районах преобладает высокая обеспеченность ресурсами полного речного стока — выше 10 000 м 3 и подземного стока—более 2500 м 3 на душу населения. Это относится к крайнему юго-востоку Азии, Малайскому архипелагу. Еще лучше обеспечены этими источниками водных ресурсов (более 25—50 тыс. м 3 полного стока и более 10—25 тыс. ж 3 подземного стока на душу населения) страны экваториальных частей Южной Америки и Африки. Тропический и субтропический пояса и юг умеренного пояса Евразии отличаются в общем низкой обеспеченностью водными ресурсами—менее 5000 м3 полного стока и менее 2500 м 3 подземного стока на одного человека. Особенно слабо обеспечены водными ресурсами юг Средней Азии в СССР, Афганистан, Аравийский полуостров, а ресурсами устойчивого стока (менее 1000 м 3 на одного человека), кроме того, юго-восточные области Европейской части СССР, юг Украинской ССР и значительная часть стран Центральной Евро-
пы, Пакистан и Индия, страны севера и крайнего юга Африки. Однако некоторые из, перечисленных районов СССР располагают значительными ресурсами стока транзитных рек. В северной половине умеренного и субарктическом поясах обеспеченность ресурсами полного стока, как правило, превышает 25 000 м3 на одного человека, а на северо-востоке и востоке Советского Союза так же, как и в Канаде, превышает 100 000 м 3 на одного человека. Столь высокая обеспеченность ресурсами речного стока характерна длк Европы — Норвегия, для Африки — Сьерра-Леоне, Габон и Экваториальная Гвинея, для островов Калимантана (в Сараваке) и Новой Гвинеи и для Южной Америки в трех небольших странах — Гвиана, Суринам и Гайана. Д л я всех этих районов и стран характерны высокий уровень естественной водоносности при сравнительно небольшой плотности населения. По размерам подземного стока на душу населения чрезвычайно высоким уровнем (более 100 000 м 3 ) отличаются Новая Гвинея, Габон и три перечисленные выше страны северо-востока Южной Америки, в числе которых Французская Гвиана среди стран мира занимает первое место по обеспеченности водными ресурсами: 2,4 млн. м 3 полного стока и 1,2 млн. м 3 подземного стока на душу населения. Страны умеренного и тропического поясов Северной и Южной Америки — США и Мексика, Аргентина и Чили — обеспечены водными ресурсами гораздо лучше, чем страны соответствующих поясов Европы и Азии. Полный сток для первых колеблется в пределах 7—49 тыс., а подземный — в пределах 2,5—15 тыс. м3 на душу населения против соответствующих величин для Евразии — менее 5000 м3 и менее 1000 м3. Это различие объясняется меньшей водностью территории стран указанных поясов Евразии и гораздо большей плотностью населения в этих странах. Представления о ресурсах пресных вод были бы неполными без учета стока, зарегулированного озерами и водохранилищами. Этот вопрос был кратко освещен в разделе «Озерное звено круговорота воды» (гл. II), но здесь необходимо привести конкретные данные по континентам. По новейшим данным (Авакян и др., 1971), на земном шаре создано около 1350 водохранилищ, имеющих объем более 100 млн. м3. В СССР создано 150 таких больших водохранилищ. Суммарный объем всех указанных водохранилищ на земном шаре составляет 4100 км3, а в СССР — более 810 км3. На основании этих данных приближенно определен объем стока, регулируемый водохранилищами (табл. 31). Регулирование приблизительно 1855 км3 речного стока с помощью водохранилищ — одна из форм расширенного воспроизводства водных ресурсов, что представляет собой огромное достижение человечества. Благодаря этому ресурсы устойчивого стока рек земного шара увеличены приблизительно на 15%.
Таблица 26 Объем устойчивого речного стока по континентам земного шара в целом, км3
Континент
Естественный устойчивый сток
Европа Азия Африка Северная Америка Ю ж н а я Америка Австралия **
1 125 3 440 1 500 . . . . 1 900 . . . . 3 740 465
Вся суша *** В том числе СССР
12 170 1 020
Количество водохранилищ
Общий объем водохранилищ *
Срок, зареСовре- Увеличегулироменный ние усванный устойчитойчиводохра- вый сток вого нилистока, % щами
314 270 36 605 74 48
445 1 250 900 1 100 345 60
200 560 400 500 160 35
1 325 4 000 1 900 2 400 3 900 500
1 347 150
4 100 813
1 855 280
14 025 1 300
18 16 27 26 4,2 7,5 15 27
* С округлением. ** С Тасманией, Новой Гвинеей и Новой Зеландией. *** Исключая Антарктиду и Гренландию, где нет водохранилищ.
Процесс регулирования увеличил ресурсы пресных вод, наиболее доступных для использования. Вместе с тем регулирование позволяет уменьшить паводки — срезать их наиболее высокие части и тем самым снизить масштабы речных разливов и ущерб, вызванный ими. Данные табл. 26 носят приближенный характер, так как в ней не учитывается регулирующая роль многих тысяч водохранилищ объемом менее 100 млн. м 3 каждое. Статистика таких сравнительно небольших водохранилищ по всем странам мира отсутствует. Но если допустить, что на земном шаре существует 10—20 тыс. водохранилищ объемом до 10 млн. м 3 каждое, что, вероятно, не преуменьшено, то общая емкость всех таких водохранилищ составит 100—200 км3, а их ежегодная регулирующая способность не превысит 40—80 км3, или не более 4% стока, зарегулированного водохранилищами объемом свыше 100 млн. м3 каждое. Это говорит о том, что дополнительный учет регулирующей способности небольших водохранилищ не может существенно увеличить данные, приведенные в табл. 26. Большая погрешность может быть получена за счет допущения, что полезная емкость водохранилищ составляет около 40% полного их объема. Именно по этой причине выводы, полученные в табл. 26, следует рассматривать как приближенные. В табл. 27 помещены обобщенные данные об обеспеченности водными ресурсами человечества по континентам и для всей суши в целом.
Таблица 27 Обеспеченность водными ресурсами на душу населения
Годовой объем речного стока, км3
Континент
А %
£S
§ S
ЕС ж """Г
« ши к у
Европа Азия Африка Северная Америка . . . Южная Америка . . . . Австралия * Вся суша
Объем стока на душу населения, м31год
О О
R о ж о с
642 2 040 345 312 185 18
3 100 13 190 4 225 5 950 10 380 1 965
3 542
38 830
^ fa О£ ж£ 5S н° >. о о
1 325 4 005 1 905 2 380 3 900
14010
о<о ч о с
° 2 °и fa 22 S Е-
4 850 6 465 12 250 19 100 56 100 109 000
2 100 1 960 5 500 7 640 21 100 27 500
10 963
3 955
* Включая Тасманию, Новую Гвинею и Новую Зеландию.
В этой таблице под суммарным устойчивым стоком понимается речной сток подземного происхождения вместе со стоком, зарегулированным озерами и водохранилищами. Последняя графа таблицы характеризует обеспеченность населения ресурсами пресной воды, наиболее доступной для использования, а предпоследняя графа — обеспеченность, включая и паводочными водами, в значительной мере представляющими потенциальные ресурсы пресной воды, что было уже отмечено выше. Из данных табл. 27 видно, что Европа и Азия наименее обеспечены водными ресурсами, Южная Америка и Австралия — наиболее полно. Для Австралии такой результат связан с тем, что реки Новой Гвинеи и Новой Зеландии очень многоводны, а численность населения относительно небольшая. Для собственно Австралийского материка обеспеченность ресурсами полного стока на одного жителя уменьшается до 24 ООО мъ\год, а устойчивость стока — до 3500 мъ\год, т. е. соответственно в 5 и 8 раз. Тем не менее Австралия по этому показателю обеспечена водой лучше, чем Европа и Азия. Наибольшим количеством пресной воды располагает население Южноамериканского материка. Следует все же учитывать слишком обобщенный характер данных об обеспеченности пресной водой населения отдельных материков. Во-первых, количество воды, требуемой на душу населения, как отмечено выше, варьирует в больших пределах в зависи-
мости от степени развития промышленности и весьма водоемкого орошаемого земледелия. Один горожанин при наличии централизованных водопровода и канализации расходует гораздо больше воды, чем сельский житель. Во-вторых, водные ресурсы и население распределены в пределах континентов неравномерно. Примером может служить Амазонка — самая многоводная река земного шара с крайне незначительным населением на большей части ее огромного водосбора. С другой стороны, немало густонаселенных стран и районов с развитой экономикой располагают небольшими ресурсами пресной воды. Эту задачу нужно решать по отдельным странам и районам, в их пределах, и с учетом целого ряда других факторов. Некоторые из них мы рассмотрим ниже. Тем не менее оценка обеспеченности водными ресурсами на душу населения в пределах каждого из континентов не лишена смысла, если учесть потенциальные возможности переброски воды из районов, где она в избытке, в районы со скудными водными ресурсами. Уже сейчас проектируется переброска воды в довольно больших масштабах в СССР и в Северной Америке. В дальнейшем будет, несомненно, возрастать необходимость широких перебросок воды и вместе с тем будут появляться новые экономические и технические возможности для осуществления таких проектов в пределах целых континентов. Данные табл. 27 интересны также и с точки зрения потенциальных возможностей расширенного воспроизводства ресурсов пресных вод — увеличения суммарного устойчивого стока за счет паводочного. Эта проблема будет рассмотрена более подробно в главе, посвященной преобразованию водных ресурсов. Сведения, помещенные в этой главе, и способ их получения представляют еще один существенный шаг, сделанный наукой в представлениях о мировом водном балансе и о мировых водных ресурсах. Рассматривая ретроспективно уровень знаний по этой проблеме, нельзя не отметить существенный прогресс, достигнутый в последние десятилетия, частично в связи с увеличением объема гидрометеорологической информации. Вместе с тем количество исходных данных, необходимых для расчетов мирового водного баланса и мировых водных ресурсов, растет медленнее, чем совершенствуются теоретические представления об этой проблеме и методические пути ее решения. К числу главнейших достижений современной науки на пути развития этой проблемы, несомненно, следует отнести следующие. Во-первых, балансовый метод оценки различных источников водных ресурсов, в том числе и возобновимых ресурсов подземных вод, не поддававшихся расчетам гидрогеологическими методами; гидрологический подход к этому вопросу позволил определить подземный сток в реки, что составляет превалирующую часть подземных вод, находящихся в непрерывном движении. Во-вторых, приемы интерполяции балансовых данных
для районов, занимающих 40% суши, не изученных или весьма слабо изученных в гидрологическом отношении; подобные приемы интерполяции являются традиционными для советской гидрологической науки, и с их помощью в годы первых пятилеток решались весьма важные и ответственные задачи хозяйственного строительства. В-третьих, картографирование не только полного речного стока, но и его составляющих, а также ресурсов почвенной влаги и других элементов водного баланса; в нашей стране этот прием уже давно получил широкое применение, и мы к нему настолько привыкли, что считаем его обыденным в научной и практической работе по гидрологии; он получает все большее распространение и в других странах, но во многих странах не применяется или некоторые авторы еще обсуждают вопрос о правомерности его применения. Все эти главные методические достижения позволили применительно к земному шару получить довольно подробное представление о водном балансе и водных ресурсах континентов и почти всех стран мира, которое служит фундаментом для изучения путей рационального использования водных ресурсов в условиях будущего. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ СОВЕТСКОГО СОЮЗА
Водный баланс и ресурсы пресных вод территории СССР, занимающей свыше 22 млн. км2, представляют, конечно, особый интерес для советского читателя, хотя эта проблема неоднократно освещалась в печати, наиболее подробно — в книге, написанной мною с сотрудниками («Водный баланс СССР...», 1969), и в книге «Реки СССР» (Львович, 1971-6). Но здесь читатель может получить правильное представление по этой проблеме в сопоставлении с характером водного баланса всей суши и мировыми ресурсами пресных вод. Объем речного стока, который формируется на территории Советского Союза (4350 км3), нужно увеличить приблизительно на 300 км3 стока рек, притекающих из-за рубежа (реки Вуокса, Кура, Араке, Теджен, Мургаб, Пяндж, Или, Селенга и др.). Таким образом, суммарный годовой сток всех рек СССР достигает 4650 км3. Главное богатство водных ресурсов составляет 1020 км3 подземного стока. Но этим не исчерпывается весь объем устойчивого стока. К устойчивому стоку подземного происхождения необходимо прибавить около 280 км3 стока, зарегулированного озерами и водохранилищами. В целом годовой объем устойчивого стока достигает 1300 км3. Другой показатель, характеризующий богатство водными ресурсами, — ресурсы почвенной влаги, составляющие около 7000 км3 (за вычетом приблизительного объема осадков, задерживаемых кронами деревьев в лесной зоне, и осадков, выпадающих на акваторию озер и водохранилищ).
Таблица 28 Сравнительная балансовая оценка водных ресурсов СССР и земного шара
СССР
Вся суша *
Источник водных ресурсов (элементы баланса)
км3 Осадки Полный речной сток . . . Подземный (устойчивый) сток Поверхностный (паводочный) сток Валовое увлажнение территории Испарение
10 860 4 350** 1 020***
мм 500 198 46
км3 110 305 38 830 11 885***
мм
СССР в % от всей суши
по объему
по слою
834 294
9,8 11,2
60 67
90
8,6
51
3 330
152
26 945
204
12,4
75
7 630 6610
348 302
83 360 71 475
630 540
9,2 9,3
57 56
* Без Гренландии (с Канадским архипелагом) и Антарктиды. ** Не считая около 300 км3, формируемых на частях речных бассейнов, расположенных за рубежом. *** Вместе со стоком, зарегулированным озерами и водохранилищами: в СССР — 1300 км3, на всей суше — 14 010 км3
По объему речного стока среди стран мира СССР богат водными ресурсами и занимает второе место после Бразилии. Это связано с огромной территорией Советского Союза, занимающей 15% всей суши. Но данные предпоследнего столбца табл. 28 показывают, что ни один из элементов водного баланса СССР не достигает 15%- Относительно хуже всего (8,6% по объему, 51% по слою) СССР обеспечен наиболее ценными для практического использования ресурсами подземного (устойчивого) стока. Валовое увлажнение территории СССР на 292 мм меньше, чем в целом для всей земной суши, и составляет 9,2% объема этого элемента баланса и 57% его слоя. Это говорит об основной причине недородов, которые испытывает наше неорошаемое земледелие, особенно в степной зоне. В соответствии с наличием влаги, а отчасти из-за недостатка тепла испарение с территории СССР также почти в 2 раза меньше, чем для всей суши. По осадкам СССР на 40% беднее всей суши. И это несмотря на то, что количество их по СССР в среднем увеличено на 20% с лишним в результате поправок на показание осадкомеров. Из источников водных ресурсов СССР, наиболее близко приближающихся к величине для всей суши, относится поверхностный сток (75%), но, как мы уже знаем, этот источник наименее благоприятен для использования и требует регулирования. Мы подробно остановились на сопоставлении водных ресурсов СССР и всей суши земного шара в связи с тем, что при
оценке водных ресурсов СССР по объему делается обоснованный вывод о том, что наша страна наиболее богата водными ресурсами. Это действительно так, поскольку по объему речного стока СССР занимает второе место после Бразилии. Но этот вывод, как уже сказано ,в начале главы, нельзя распространять на относительные показатели водных ресурсов, так как это может служить предпосылкой в переоценке тех ресурсов, которыми в действительности располагает Советский Союз. Следует, однако, отметить, что оценка действительной обеспеченности водными ресурсами возможна лишь путем сравнения их с потребностью для обеспечения водой людей и народного хозяйства. Этой проблеме посвящена III часть книги. Здесь ж е ограничимся оценкой обеспеченности водными ресурсами на душу населения. В СССР на 1 млн. населения приходится 5,2 к м 3 суммарного устойчивого речного стока, включая зарегулированный водохранилищами, против 4,0 к м 3 для всего земного шара. Соответствующие данные для устойчивого естественного стока подземного происхождения — 4,1 км3 и 3,3 км3. Аналогичные показатели для полного речного стока — 16 км3 на 1 млн. населения по СССР и 11 км3 по земному шару (без стока с полярных ледников), а для ресурсов почвенной влаги — 28 км3 на 1 млн. населения в СССР и 24 км3 по земному шару. По этим признакам СССР богаче водными ресурсами, чем земная суша в целом. Однако высокое увлажнение почвы в СССР относится преимущественно к районам Севера и Востока страны, а в южных районах, где тепловые ресурсы наиболее благоприятствуют развитию земледелия, они, как правило, недостаточны, поэтому земли нуждаются в орошении. Вместе с тем и потребности в воде 'в СССР значительно больше на душу населения, чем для земного шара в целом. Это связано с высоким процентом населения, пользующегося водопроводами и централизованными канализациями. Велико также расходование воды в СССР на нужды промышленности и орошаемого земледелия. К этому нужно добавить весьма неравномерное распределение водных ресурсов по территории страны: 80% населения и промышленности сосредоточено в районах, водные ресурсы которых едва достигают 40%. Тем не менее проблему обеспечения водными ресурсами в СССР, как показывает приближенный прогноз на перспективу (Львович, Коронкевич, 1971), несмотря на относительно неблагоприятную картину их распределения по территории и во времени, можно решить в полном соответствии с личными потребностями людей и запросами хозяйства, но для этого необходима дальнейшая оптимизация водного хозяйства, исходящая из реально осуществимых и частично уже проводящихся в жизнь принципов, вытекающих из решений XXIV съезда КПСС.
ЧАСТЬ III
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ БУДУЩЕГО
ГЛАВА VIII
ОБЩИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ В этой главе освещаются принципиальные направления решения водной проблемы применительно к условиям будущего. По существу речь идет о концепции, которая складывалась на протяжении ряда лет (Львович, 1961, 1963, 1967-д, 1968-а, 1968-в, 1969, 1971-а, 1971-6, 1972-6; Lvovich, 1962-а, 1968, 1969, 1973-а; «Водный баланс СССР...», 1969; Львович и Коронкевич, 1971). Эта концепция включает комплекс ряда положений, выбор которых основывается на перспективных прогнозах состояния водных ресурсов. В связи с важным значением таких прогнозов необходимо прежде всего остановиться на некоторых вопросах их методологии. ВОПРОСЫ МЕТОДОЛОГИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОГНОЗОВ
Советским государством было положено начало планирования и строгой координации народного хозяйства. Этот опыт воспринят другими социалистическими странами. Преимущества планового хозяйства теперь общепризнанны, поэтому и в некоторых капиталистических странах стали появляться элементы планирования, в той степени, в какой их удается совместить с системой капиталистической экономики. В условиях социализма годовые или пятилетние планы приобретают силу закона, что служит важной движущей силой развития хозяйства. Но перспективные прогнозы имеют еще и другое назначение. Они могут служить своего рода моделями, не-
обходимыми для «примерки» комплекса различных мер к условиям будущего. От этих дальнейших мер, в том числе от общей направленности решения водных проблем в условиях будущего, зависят тенденции современного развития хозяйства. Это положение особенно важно для тех отраслей хозяйства, которые трудно переориентировать в короткие сроки. Поэтому в основе их развития в ближайшие годы должна лежать техническая политика, нацеленная на условия более или менее отдаленного будущего. Этим целям служат вариантные перспективные прогнозы. Из нескольких вариантов прогнозов могут быть выбраны такие, которые наилучшим образом решат проблему как в естественноисторическом, так и в техническом отношениях. Таким образом, перспективный прогноз использования и охраны водных ресурсов я рассматриваю как средство для определения тенденций развития этого дела. Он должен служить для выбора наиболее эффективных мер, предусмотреть которые требуется заблаговременно, по крайней мере за два-три десятилетия. Таковы смысл и назначение перспективных прогнозов использования водных ресурсов, которые я привожу в этой книге и в ряде других моих работ, упомянутых выше. Этой задачей и такой сущностью перспективного прогноза определяются и некоторые вопросы методологии его составления. К числу наиболее трудных из них относятся предвидение качественных изменений, которые должны лечь в основу технической политики, нацеленной на будущее. Для перспективных прогнозов это имеет особенно важное значение. Вместе с тем в основе целого ряда перспективных прогнозов, в том числе и известного американского прогноза (Ландсберг и др., 1965), лежит простая экстраполяция количественного роста использования водных ресурсов, которая исходит из традиций и опыта, сложившихся к моменту составления прогноза. При этом принципы использования и охраны водных ресурсов, так же как и нормативы, в подобных прогнозах в основном остаются неизменными. Вполне очевидно, что такие прогнозы, разрабатываемые без учета динамики прогресса, не могут служить указанным целям. Об этом говорит вся история развития науки и техники. Составлять такие прогнозы наиболее просто, но они не могут правильно охарактеризовать тенденции развития использования и охраны водных ресурсов и наметить задачи и цели. Представим себе на минуту, что план ГОЭЛРО исходил бы из подобных предпосылок: в момент составления этого плана в молодом Советском государстве, когда еще не отгремели выстрелы гражданской войны, хозяйство страны находилось в тяжелом состоянии, нужно было его поднять, но как? Планируя, например, увеличение производства в 5—10 раз таких примитивных орудий, как сохи и конные плуги, в целях подъема сель-
ского хозяйства или увеличение производства телег, преобладавших на дорогах дореволюционной России? Нет, ленинский план ГОЭЛРО исходил вовсе не из такой простой экстраполяции на перспективу, как это нередко делается теперь, спустя половину века, в некоторых прогнозах использования водных ресурсов. В основу плана ГОЭЛРО, как это видно из его названия, была положена идея всеобщей электрификации страны. Электрификация послужила основой прогресса в развитии всего хозяйства, включая тракторный плуг в сельском хозяйстве, автомобили, электропоезда и самолеты на транспорте, развитие горного дела, металлургии, химической промышленности и т. п. Это наиболее важно в перспективных прогнозах: не только количественный рост, но и качественные изменения и преобразования, которые должны соответствовать новым динамическим условиям будущего (динамика принципов, нормативов, технологии производства, отвечающая условиям будущего и полнокровно учитывающая водный фактор, например вплоть до перевода некоторых отраслей производства на сухую технологию, а она является весьма прогрессивной). При этом одна из главных задач — приведение потребностей в водных ресурсах в соответствие с их наличием в пределах более или менее крупных районов (например, субконтинентов) с учетом возможностей расширенного воспроизводства водных ресурсов: регулирования речного стока, перебросок воды в районы, где ощущается недостаток водных ресурсов, из районов, где они в избытке, и других мер. Идею перспективных прогнозов, основанных на динамике прогресса, мы не ограничиваем постановкой этой проблемы и делаем попытку воплотить ее в жизнь с помощью некоторых предложений принципиального характера. Эти предложения исходят из ряда естественноисторических предпосылок, из свойства водных ресурсов и других компонентов природы, с которыми они связаны. Учитываются технические возможности, а также и экономическая реальность осуществления этих мер. Но при решении всех этих вопросов необходимо постоянно иметь в виду, что любые меры, как бы они ни были сложны, будут оправданы, так как замены водных ресурсов, особенно для личных целей людей, как биологического фактора и как фактора производства растительной и животной пищи не существует. Я считаю, что три ведущих принципа использования водных ресурсов с расчетом на перспективу подлежат коренному пересмотру. Во-первых, это относится к сбросу сточных вод, даже очищенных, в реки и водоемы, который в конце концов должен быть прекращен, так как водная среда неблагоприятна для окисления и обезвреживания нечистот, даже тех остаточных нечистот, которые сохраняются в сточной воде после применения наиболее совершенных приемов искусственной очистки. Во-вторых, все отрасли хозяйства должны добиваться все-
мерного снижения расходования воды и предотвращения образования в промышленности сточных вод и вообще каких-либо отходов. В-третьих, когда невозможно избежать образования сточных вод (например, в городах), они должны использоваться повторно в промышленности (водоснабжение) и в сельском хозяйстве (орошение), для того чтобы обеспечить решение первого принципа и извлечь пользу из таких сточных вод. Необходимо подчеркнуть, что все приведенные в главах IX и X расчеты носят ориентировочный, приближенный характер. Это относится не только к выводам перспективных прогнозов, но в значительной мере и к современному состоянию водного дела, поскольку более или менее полная статистика использования водных ресурсов имеется лишь по отдельным отраслям водного хозяйства, например по гидроэнергетике. По ряду же видов использования водных ресурсов отсутствует какойлибо учет, тем более в мировом масштабе. По этой причине для полноты картины потребовались приблизительные оценки. Это, например, относится к расходованию воды на водоснабжение городов, промышленности и сельского хозяйства, к объему сточных вод, сбрасываемых в реки и водоемы, к количеству воды (почвенной влаги), используемой в неорошаемом земледелии — источнику расходования, которым вообще не интересуется водное хозяйство, хотя на производство сельскохозяйственных продуктов только на неорошаемых землях, например, в СССР используется значительно больше воды, чем на все виды водоснабжения. Не в меньшей степени это же относится к самой водоемкой отрасли водного хозяйства — орошаемому земледелию. По этой отрасли имеются обобщенные данные по площади орошаемых земель, но о количестве воды, расходуемой для орошения, можно судить лишь на основании приближенных оценок. Для того чтобы подойти к конкретным выводам относительно современного состояния использования и охраны водных ресурсов, такие приближенные оценки совершенно необходимы. Без них выводы по некоторым вопросам были бы невозможны или носили бы слишком общий характер. Придавая большое значение хотя бы приблизительным обобщенным данным, я тем не менее не переоцениваю их и пытаюсь решать задачу так, чтобы выводы в наименьшей мере зависели от принятых количественных показателей. Неожиданно малым оказался, например, современный мировой безвозвратный расход воды на все виды водоснабжения (130 км3/год). Имеются основания полагать, что в этих расчетах не допущена существенная ошибка. Но даже если бы она оказалась в 3—5 раз большей или меньшей (хотя я уверен, что такая погрешность в этих расчетах невозможна), то такая ошибка не отразилась бы на главном выводе о том, что истощению водных ресурсов угрожает не рост количества расходуемой воды, не безвозвратный расход на водоснабжение, а загрязнение вод. То же сооб-
ражение относится и к сбрасываемому в реки и водоемы количеству сточных вод, вычисленных мною также весьма приблизительно. Еще более сложно решать задачу для условий будущего. Перспективные прогнозы, приведенные в настоящей книге, относятся приблизительно к 2000 г. Потребовавшиеся для этой цели характеристики развития экономики в течение ближайших трех десятилетий мною приняты в виде укрупненных показателей, не лишенных условности. Нельзя, конечно, утверждать, что эти показатели перспективного развития, о которых будет сказано ниже, будут достигнуты точно в 2000 г. Грубо я оцениваю точность перспективного прогноза ± 5 — 1 0 лет. Однако даже большая погрешность этих прогнозов существенно не влияет на принципиальный вывод о том, что через некоторый срок, порядка двух—четырех десятилетий, объем сточных вод может вырасти настолько, что даже при условии предварительной очистки всей этой грязной воды, притом очистки, значительно более доброкачественной, чем сейчас, огромный объем чистой речной воды будет израсходован на обезвреживание в естественных условиях сточных вод. Приближенные расчеты показывают, что для этой цели потребовалось бы израсходовать все мировые ресурсы речного стока. Если на обезвреживание будет израсходована не вся речная вода, а только ее половина, то это в первую очередь распространится на наиболее обжитую часть земного шара с наиболее развитой экономикой. Отсюда следует вывод, что катастрофический характер ситуации не исключается, если расчеты количества воды, необходимой для обезвреживания сточных вод, мною преувеличены в 2 и д а ж е в 3 раза. Но не менее вероятно, что этот расчет не преувеличен, а преуменьшен. В этом случае истощение ресурсов речной воды могло бы быть более глубоким, и его массовый характер может наступить раньше того срока, на который ориентируется прогноз. Одним словом, вполне очевидна возможность наступления ситуации при первом варианте прогноза, который в основном исходит из экстраполяции количества расходуемой воды и в меньшей мере учитывает глубокие изменения нормативов и принципов ее использования, необходимые в условиях будущего. Однако можно ли опираться на этот прогноз и нацеливать на него те или иные практические меры? По моему глубокому убеждению, это совершенно нецелесообразно. Учитывая возможность наступления катастрофической ситуации, необходимо запланировать такой комплекс мер, который исключил бы саму возможность наступления такой ситуации. Вот почему первый вариант прогноза я считаю вообще неприемлемым. Негативные результаты его наталкивают на необходимость разработки другого варианта перспективного прогноза, который не должен содержать недочетов первого варианта.
Подводя итог сказанному, следует отметить, что те конкретные предложения, которые даются в этой части книги относительно путей рационализации использования и охраны водных ресурсов в условиях будущего (в некоторых районах назревших уже в современных условиях), не так уж чувствительны по отношению к количественным характеристикам, которые служат для их обоснования. Предпочтение дается тем выводам и предложениям, которые не нуждаются в принципиальных изменениях даже при значительном диапазоне количественных показателей. В тех же случаях, когда содержание выводов и предложений находится в строгой корреляции с количественными характеристиками, я предпочитаю отказаться от таких выводов или стремлюсь дать их в менее конкретном виде. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РЕШЕНИЯ ВОДНОЙ ПРОБЛЕМЫ
В гл. IX приводятся результаты краткого анализа современного состояния использования и охраны водных ресурсов и на основе перспективных прогнозов высказываются соображения о путях рационализации этого дела в целях устранения угрозы истощения водных ресурсов, уже назревающей в некоторых районах земного шара. Поставленная задача исключительно сложна прежде всего в связи с разнообразием проблем, относящихся к рационализации использования водных ресурсов всего земного шара в целом. Эти трудности умножаются тем, что пути и конкретные приемы использования и охраны водных ресурсов складывались постепенно, в течение продолжительного времени (по отдельным отраслям водного хозяйства — в течение веков) и приобрели традиционный характер. Вместе с тем анализ показывает, что некоторые из этих традиционных-направлений устарели и требуют переориентировки — замены их другими, соответствующими современному уровню культуры и экономики. Но это исключительно важное обстоятельство не получило всеобщего признания, и некоторые устаревшие приемы продолжают применяться в водном хозяйстве, а иногда планируются без существенных изменений на отдаленную перспективу. Этим страдают некоторые из известных мне перспективных прогнозов развития водного хозяйства, например упомянутый выше труд о будущем водных ресурсов США (Ландсберг и др., 1965). Другой прогноз по этой стране на 2000 и 2020 гг. («The Nation's water resources», 1968) выгодно отличается от предыдущего тем, что он исходит из динамики прогресса в отношении нормативов и приемов использования водных ресурсов, в результате чего увеличение расхода воды на все потребности страны в течение полувекового срока к 2020 г. приблизительно лишь удвоится и достигнет около 217 км3/год. Если учесть, что речные водные ресурсы США составляют 1665 км3/год, то такой 11 -
4897
289
вывод можно считать вполне приемлемым. Вместе с тем проблема сточных вод не нашла достаточно полного разрешения в этом прогнозе. Так, в нем не учтен расход чистой воды, необходимой на разбавление и обезвреживание сточных вод, а этот расход, как известно (см. гл. X), намного превышает то количество воды, в котором нуждаются все отрасли хозяйства. С одной стороны, высказывается вполне обоснованное утверждение, что Земля богата ресурсами пресных вод и они вечно могут служить человечеству, обеспечивая все его потребности. С другой же стороны, все чаще появляются опасения об угрозе истощения водных ресурсов, что именно они будут лимитировать рост населения. Аргументами не без основания служат ссылки на критическое или близкое к критическому состояние водных ресурсов в ряде районов мира. Если дело с ресурсами пресных вод обстоит так неблагополучно (пусть пока еще в отдельных местах), то что же может ожидать человечество, когда население Земли возрастет к 2000 г. почти в 2 раза, а экономика — во много раз больше? — задают вопрос некоторые авторы и дают на него ответы, полные пессимизма. Примером может служить увлекательно написанная книга Р. Фюрона (1966 г.). Действительно, неудовлетворительное состояние среды во многих капиталистических странах, особенно в некоторых районах Европы и Северной Америки, отчасти западной и южной частей Азии, а также трудности борьбы за ее восстановление породили теорию «пределов развития». Основной путь разрешения водной проблемы авторы этой теории видят в ограничении потребностей людей в воде, считая, что только этот путь может приостановить процесс качественного истощения водных ресурсов и таким путем можно продлить использование имеющихся водных ресурсов на больший срок. Однако эта концепция не имеет под собой оснований главным образом потому, что нельзя признать обоснованным ограничение потребностей людей в пище, одежде, в теплых и освещенных помещениях, в бумаге, лекарствах, в передвижении, для которого необходим транспорт, а он, так же как и энергетическое хозяйство, требует горючего и т. д. Большинство производств, необходимых людям и способствующих повышению их благосостояния, не подлежит сокращению. Нет, регрессивное движение не может служить основой для решения проблемы. Наличие водопроводов и централизованных канализаций— первый и весьма существенный источник загрязнения природных вод. Но нельзя же по этой причине (по существу из-за недостаточно умелого использования водных ресурсов) отказаться от столь привычных и необходимых элементов повседневной жизни людей. Такую пессимистическую концепцию, крайним выражением которой являются взгляды, согласно которым отчасти существующий и якобы неизбежно ожидаемый в будущем недостаток воды лимитирует развитие
человечества, нельзя признать обоснованной и сколько-нибудь приемлемой. Водный фактор, как и любой другой, не должен служить причиной таких ограничений потребностей людей, которые фактически означали бы отказ от прогресса, от движения вперед культуры и экономики. В последние годы стали появляться необоснованно оптимистические взгляды противоположного характера. Они сводятся к тому, что, поскольку использование водных ресурсов — один из элементов круговорота воды, постольку использованная вода в виде паров или отработанная снова поступает в круговорот. Отсюда вывод: водные ресурсы неистощимы и не теряются для людей независимо от способов их использования. В какой-то мере это верно для земного шара в целом. Действительно, водные ресурсы используются не обособленно от круговорота. Путей для такого обособления не существует. Поэтому рассматривать использование воды как неотъемлемую часть круговорота вполне обоснованно, и в гл. II, посвященной этому процессу, мною особо выделено хозяйственное звено круговорота. Но из этого вовсе не следует, что использование воды в процессе круговорота не влечет за собой необратимых ее затрат, но необратимых не для процесса круговорота воды в целом, а для населения данного конкретного места. Все дело в том, что агрегатное состояние воды, ее место в круговороте не безразлично для использования. Использование атмосферного пара или природного льда намного более ограниченно, чем воды в жидком состоянии. Не безразлично также для ее использования, к какому звену круговорота она относится (например, к речному или океаническому). Речные воды — наиболее распространенный источник почти всех видов водоснабжения, орошения, а использование морской воды в этих направлениях значительно более ограниченно. Человек в зависимости от назначения и технологии использования водных ресурсов переводит воду из одного звена круговорота в другое, причем это осуществляется иногда, не считаясь с ходом естественных процессов круговорота. Так, после изъятия воды из реки, например, для орошения она в основном расходуется на испарение и транспирацию. Таким образом, волей человека вода из речного звена круговорота переводится в почвенное, потом в атмосферное, а часть ее возвращается в реку (возвратные воды). Следовательно, изъятая из реки вода продолжает оставаться объектом круговорота. Но это вовсе не значит, что такие перемещения воды из одного звена круговорота в другое проходят бесследно для водных ресурсов, в сохранении которых заинтересованы люди. Если допустить, что вся испарившаяся после орошения вода конденсируется и выпадает в виде осадков в бассейне той же реки, из которой она изъята, то и при этом условии водность данной реки не будет восстановлена. Объясняется это тем, что не все выпадающие 11*
291
осадки образуют сток. Часть их расходуется на инфильтрацию почвой и на испарение. Коэффициенты речного стока в зоне переменного увлажнения колеблются в пределах 0,25—0,40, а в засушливой — уменьшаются даже до 0,1, а иногда бывают еще меньше. В этих же пределах восстановится и речной сток, но, подчеркиваю, лишь при условии, что испарившаяся вода конденсируется и выпадает в виде осадков в бассейне той же реки, из которой она была взята на орошение. Однако в соответствии с характером и закономерностями циркуляции атмосферы пары могут быть перенесены совсем в другие речные бассейны, где люди не нуждаются в прибавке воды, или выпасть в виде дождя над океаном, или в виде снега, например в Антарктиде. Отсюда следует, что использование воды для хозяйства хотя и не исключает ее из процесса круговорота, но вносит в водообмен такие качественные, количественные и географические изменения, последствия которых далеко не всегда благоприятно сказываются на процессе круговорота воды и способствуют использованию водных ресурсов. Эти соображения высказываются отнюдь не для того, чтобы убедить читателя, будто во избежание нарушений круговорота не следует использовать водные ресурсы. Такое утверждение нереально и было бы ошибочно. Вода подлежит использованию в поли ой мере и в полных объемах, необходимых людям. Но при этом нельзя не учитывать тот факт, что большие или меньшие изменения отдельных звеньев круговорота воды, которые так или иначе влияют на водные ресурсы, представляют собой почти всегда издержку использования воды. Д а ж е в тех случаях, когда изъятие воды из реки производится для водоснабжения (а в некоторых отраслях промышленности из 100 единиц воды только 5—10 расходуется безвозвратно, а остальные 90—95 сбрасываются обратно в реки, но совсем другого качества — загрязненные), то с этим связано существенное ухудшение качества речной воды. Количество испорченной воды во много раз превышает объем сброшенной в реку сточной воды. Именно в этом таится основная угроза истощения водных ресурсов. Таким образом, то, что использование водных ресурсов происходит в процессе круговорота воды и что используемая вода не изымается из круговорота, вовсе не означает отрицания факта уменьшения любого из расходуемых источников водных ресурсов. Возобновление этих источников происходит в процессе круговорота, но в объеме меньшем, чем в естественных условиях, не нарушенных использованием. Следует подчеркнуть, что сказанное имеет силу закона, вытекающего из самого характера круговорота воды, поэтому крайне важно помнить, что последствием использования является уменьшение данного источника водных ресурсов, хотя это и не исключает того, что используемая вода остается в круговороте, но остается чаще
всего в трансформированном состоянии — в другой форме, в другом звене круговорота, иного качества и, наконец, в другом месте земного шара. При обзоре современных представлений о путях решения водной проблемы нередко можно встретить высказывания или проекты и прогнозы, которые исходят из какой-либо односторонней предпосылки. В одних случаях средство от всех бед видят в очистке сточных вод; в других — в опреснении морской воды; в третьих — в изменении технологии производства в целях уменьшения его водоемкости или даже полного исключения расходования воды в данном производстве; в четвертых — в транспортировании воды из одних районов в другие вплоть до транспортировки айсбергов из Арктики и т. п. Ни одна из названных мер, как и многие другие, не может самостоятельно решить эту проблему. Не существует одного ключа для этой цели. Проблема воды чрезвычайно сложна, носит многоплановый характер, и для ее решения требуется комплексный подход, целенаправленное сочетание многих мер, каждая из которых должна занять подобающее ей место. Это относится к современным условиям, но в еще большей мере к будущему. Вместе с тем комплексный подход вовсе не означает, что всем возможным мерам придается одно и то же значение. Несомненно, некоторым из них принадлежит стержневая, ведущая роль. Нельзя, например, ставить в один ряд опреснение морской воды и меры по переводу некоторых производств на сухую технологию или меры по прекращению сброса сточных вод в реки и водоемы. Первая из них чрезвычайно важна в местах, где нельзя получить воду другими средствами, т. е. в отдельных пустынных районах, например в районе Красноводска и Мангышлака на Каспии или в странах Аравийского полуострова, а в целом, в масштабе земного шара, ей принадлежит гораздо меньшая роль, чем вторым. Это можно видеть из сопоставления количества опресненной воды с общим количеством расходования речных и подземных вод. Так, по расчетам известного специалиста по опреснению соленых вод — В. А. Клячко (1972), в 1970 г. на земном шаре опреснялось 0,44 км3 воды в год. По его же приближенным расчетам, оно должно вырасти к 1990 г. до 20 кмъ. Таким образом, опреснение может в перспективе вырасти до десятков, а к 2000 г., вероятно, максимум до сотен кубических километров воды, из традиционных же источников — рек и подземных вод — сейчас уже расходуется приблизительно 2400 км3, а через три десятилетия расход, по всей вероятности, возрастет почти в 3 раза. Здесь, следовательно, имеет место простая несоразмерность масштабов водопотребления за счет естественных источников, с одной стороны, и за счет опреснения — с другой. Комплексное решение проблемы значительно эффективнее, так как
открывает перспективу экономии и сохранения сотен и тысяч кубических километров воды. Нередко внешние черты комплексного подхода соблюдаются, а по существу он отсутствует. Ведущее значение еще часто остается за гидроэнергетикой, а сельское и рыбное хозяйства ставятся в подчиненное положение. Комплекс — это не простая сумма всех вопросов и мер, предусмотренных отраслями водного хозяйства, а органически взаимоувязанные между сойой мероприятия, объединенные общими целями и задачами. Часто в планах, которые называются комплексными, совершенно не скоординировано использование различных источников водных ресурсов (речных, подземных вод, ресурсов почвенной влаги), будто в природе они существуют независимо друг от друга. Некоторые вопросы, связанные с представлениями о комплексности водных ресурсов, рассмотрены в первых двух частях книги. Основное теоретическое положение заключается в единстве водных ресурсов. Все виды гидросферы, различные источники водных ресурсов находятся в тесной взаимосвязи под влиянием грандиознейшего процесса на Земле — круговорота воды. С другой стороны, взаимосвязь между водами и другими компонентами природы настолько существенна, а ее последствия так велики, что она требует в практической работе самого серьезного внимания. Только в этом случае план или проект использования и охраны водных ресурсов может действительно считаться комплексным. Эти явления и процессы представляют собой составные части природного комплекса. Нужно еще много сделать, чтобы комплексный принцип осуществлялся на деле. Прежде всего следует заняться подготовкой соответствующих специалистов. Комплексный метод работы весьма сложен, требует глубоких знаний природной среды, и не только гидросферы, но и других ее компонентов. Развитие и практическое приложение метода требуют к себе самого внимательного отношения. Такой метод работы не ограничивается учетом положения природного комплекса. Другая сторона этого метода — хозяйственный комплекс. В его задачу входит обеспечение потребностей в воде населения и всех отраслей хозяйства. Хозяйственный комплекс легко осуществлять в районах, богатых водными ресурсами относительно их потребности. Н о т а м , где для удовлетворения всех нужд воды недостаточно, должна соблюдаться некоторая очередность. Иначе нередко водные ресурсы расходуются на менее существенные цели, а для основных потребностей воды уже не хватает. Очередность удовлетворения потребностей различных хозяйственных нужд в воде при ее недостатке может меняться, но в основе должна, по-видимому, лежать следующая схема: 1) питьевое водоснабжение, 2) пищевая промышленность,
3) хозяйственно-бытовое водоснабжение, 4) отдых, туризм и спорт, 5) нужды животноводства, 6) разведение рыбы, 7) неорошаемое и орошаемое земледелие, 8) промышленное и теплоэнергетическое водоснабжение, 9) гидроэнергетика, 10) судоходство. В этой последовательности на первое место ставится удовлетворение непосредственных потребностей в воде людей, а такж е расходование воды для производства растительной массы — сельскохозяйственных культур и древесины, т. е. водный компонент среды, окружающей людей. С другой стороны, гидроэнергетика и судоходство в отношении очередности поставлены на последнее место в связи с возможностью их замены другими источниками энергии и видами транспорта. Конечно, раз и навсегда для любых условий установленной очередности быть не может. Отступления могут быть, например, при разработке полезных ископаемых и в других отраслях. Принцип комплексного решения хозяйственных задач предусматривает рациональное размещение отраслей хозяйства. Но при всех условиях использование воды не должно ложиться тяжелым бременем на стоимость производства. Перевозки сырья и готовой продукции могут быть в ряде случаев более выгодными, чем транспортирование воды. Вот почему вопросы экономики играют большую роль в планировании использования водных ресурсов. Однако экономические показатели и критерии в водном хозяйстве пока разработаны недостаточно или односторонне. Это, например, сказывается в том, что дешевая выработка гидроэнергии отражается на сельском (затопление ценных земель) и рыбном хозяйствах (препятствие для проходных рыб и несвоевременные попуски воды, мешающие нересту) и д а ж е в какой-то мере на судоходстве (переход на суда более тяжелого типа, приспособленные для больших водохранилищ). Резкие колебания уровней воды, связанные с выработкой гидроэнергии (сезонные — в верхних бьефах гидроэлектростанций и суточные и недельные — в нижних), также создают неудобства для людей и служат помехой для некоторых отраслей хозяйства. В развитии водного хозяйства почти за 60 лет Советской власти в нашей стране достигнуты большие успехи. Нужно иметь в виду, что водное хозяйство в дореволюционной России было развито относительно слабо. В отдаленном прошлом заселение огромных пространств России и территориальное развитие производительных сил происходили по рекам. Реки служили основными транспортными путями. Энергия рек использовалась на тысячах мелких мельничных установках. Еще при Петре I энергетические установки были созданы при многих металлургических заводах Урала в виде довольно совершенных для того времени водяных колес. Но до Великой Октябрьской революции в нашей стране не было сооружено ни одной более
или менее крупной гидроэлектростанции. Талантливыми русскими инженерами В. Ф. Добротворским, Р. Э. Классовом, Г. О. Графтио и другими в дореволюционное время были разработаны проекты гидростанций на ряде рек, но дело дальше проектов не пошло. Орошаемое земледелие — весьма древний вид использования земельных и водных ресурсов. В Средней Азии и в Закавказье начало развития орошения относится по крайней мере к первому тысячелетию до нашей эры. В Древнем Египте и в Вавилоне так называемое бассейновое орошение, т. е. орошение земли в пределах стихийных разливов Нила, Тигра и Евфрата, осуществлялось за несколько тысячелетий до нашей эры. Для дореволюционной России было характерно преобладание мелких оросительных систем. В начале текущего столетия стали появляться проекты инженерных оросительных систем, но они осуществлялись весьма медленно. За последние десятилетия площадь орошаемых земель в нашей стране увеличена не менее чем в 2,5 раза, при этом все старые мелкие оросительные системы реконструированы в инженерные, как правило крупные, системы. Что касается водоснабжения населения, то в дореволюционное время водопровод был лишь в наиболее крупных городах. Обезвреживание сточных вод, исключая Москву, где еще до революции под руководством известного агронома В. Р. Вильямса действовали поля орошения, почти не практиковалось. В первые годы Советской власти, когда еще не отгремели выстрелы гражданской войны, по указанию В. И. Ленина в марте 1920 г. была создана во главе с Г. М. Кржижановким Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО), разработавшая первый перспективный план развития народного хозяйства. В основе плана лежало сооружение 30 электростанций, в том числе 10 гидроэлектростанций. План предусматривал также развитие основных отраслей промышленности. Этот план уже давно реализован. Если до Октябрьской социалистической революции наша страна в отношении водного хозяйства, исключая, однако, речное судоходство и ирригацию, отставала от уровня западных стран, то в настоящее время СССР по развитию водного хозяйства занимает одно из первых мест в мире. Это относится к строительству гидроэлектростанций, водоснабжению и развитию орошаемого земледелия (Алексеевский, 1970). Использование водных ресурсов делится на две принципиально различные группы: использование в основном без изъятия воды из источников и использование с изъятием ее. К первой группе, иногда называемой проточным использованием, относятся судоходство, гидроэнергетика, рыбное хозяйство; ко второй — водоснабжение и орошение. В прошлом различие между этими двумя группами было более глубоким, чем в настоя-
щее время. Дело в том, что довольно много воды расходуется на испарение с водохранилищ, создание которых неизбежно связано с гидроэнергетическим и транспортным использованием рек. В такой же мере это относится и к рыбному хозяйству. С другой стороны, водоснабжение и орошение не обходятся без возврата воды в реки. Так что грань между этими двумя группами использования воды в некоторой мере сгладилась. Особый и, как мы увидим, весьма крупный потребитель водных ресурсов — неорошаемое земледелие. Продуктивность его растет, а вместе с ростом продуктивности увеличивается и количество воды, расходуемой на транспирацию культурных растений. Этот вид расходования водных ресурсов происходит неявно, незаметно, поэтому он, как правило, не учитывается в современном водном хозяйстве. Однако наукой выявлено значение расходования воды на производство растительной массы, разработаны методы учета этой воды и показано, насколько важно учитывать ее при планировании использования водных ресурсов. С каждым годом возрастает роль озер, водохранилищ для отдыха и туризма. Использование водных ресурсов для этих целей быстро растет, и в будущем ему должно быть отведено соответствующее место. Использование и охрана водных ресурсов тесно переплетаются между собой. Весь комплекс водохозяйственных мероприятий будет правильно организован лишь в том случае, если охрана водных ресурсов будет осуществляться в процессе их использования, органически связана с ним и вытекать из его существа. Это значит, что сам процесс использования должен предусматривать охрану водных ресурсов. Тогда охрана как нечто дополнительное к использованию, как надстройка к нему, т. е. всевозможные запреты, нередко находящиеся в противоречии с задачами использования, будет сведена до минимума. Использование водных ресурсов в целях отдыха и туризма неотделимо от красоты ландшафта, чистоты воды, постоянства действия водного источника. Эти условия вполне надежно обеспечиваются суммой таких правил и методов, которые являются неотъемлемой частью самого процесса использования. Должны, конечно, действовать некоторые правила и целе4направленные законы по охране водных ресурсов сверх тех, которые предусматриваются процессом использования, начиная от морального кодекса отношения ко всем богатствам природы, обязательного с детского возраста. В каждой семье, в детскомсаду и тем более в школе ребенок должен воспитываться в; духе любви к природе, бережного отношения к природным богатствам, в том числе и к воде. Существенная роль принадлежит водному законодательству, устанавливающему принципы использования водных ре-
сурсов и ответственность за их нарушение. Подчеркнем, однако, что законодательство не должно ограничиваться запретами, а должно охватывать всю сумму вопросов использования водных ресурсов и их охрану в основном в процессе использования. Для того чтобы правильно решить эту проблему в практике перспективного планирования, как и вообще в текущих водохозяйственных балансах, необходимо учитывать не только количество расходуемой воды, но и ее качество. Нельзя сказать, что этот вопрос игнорируется. Нет, когда речь идет о качестве питьевой или бытовой воды, так ж е как и воды для некоторых отраслей промышленности, нуждающихся в особенно чистой воде, мобилизуются (во всяком случае в Советском Союзе и в ряде других стран) все технические средства, чтобы обеспечить потребности водой надлежащего качества. Во многих случаях в этом плане значительное внимание уделяется очистке сточных вод. Но при этом не всегда учитывается, что после сброса сточных вод в реки и в водоемы на их разбавление и обезвреживание расходуется значительно больший объем чистой природной воды. Для того чтобы обезвреживание было практически приемлемым (полное обезвреживание, предусматривающее устранение растворимых солей в естественных условиях, невозможно), должен быть израсходован объем чистой воды в 6—10 раз, иногда даже в 20—30 раз больше объема сточных вод. Меньшее разбавление приводит к крайне неблагоприятному процессу, вносящему часто в естественные гидрологические условия необратимые явления, которые приводят к загрязнению воды даже больших рек на всем их протяжении или на отдельных участках до такой степени, что речную или озерную воду нельзя пускать в оборот, использовать для многих целей без предварительной громоздкой и дорогостоящей обработки. Между тем это массовое явление, требующее огромного расхода чистой воды и представляющее собой основной источник зла в водном хозяйстве, как правило, не принимается во внимание в водохозяйственных балансах. Первый шаг, необходимый для устранения этого недочета, состоит в том, чтобы в водохозяйственном балансе учитывалось не только количество воды, но и ее качество, ухудшающееся по мере интенсификации использования водных ресурсов. Во всех моих расчетах этому вопросу уделяется заслуженное внимание. Именно благодаря такому подходу результаты водохозяйственного баланса, как современного, так и в условиях будущего, предстают совсем в другом свете. Исчезает кажущееся благополучие баланса, составленного без учета речной воды, расходуемой на разбавление сточных вод. В целом общепризнанный, традиционный путь удаления сточных вод путем их сброса в реки и водоемы оказывается самой расточительной статьей
расходования водных ресурсов и главной причиной ухудшения водного компонента среды, окружающей людей. Но конечно, дело не может ограничиться одним учетом качества воды, ее динамики и причин возникновения этих свойств водных ресурсов. Эта мера носит пассивный характер, но она необходима для разработки стратегии борьбы с этим злом. Среди проблем, рассматриваемых в этой части книги, я придаю особое значение проблеме коренного изменения отношения к сточным водам, которые нельзя выпускать из-под контроля людей, а для этого необходимо отказаться от сброса их в реки и водоемы. Сточные воды подобно джину, выпущенному из бутылки, перестают быть управляемыми. По существу на протяжении тысячелетий, начиная с первых канализаций в древнем Вавилоне, сточные воды никогда не были управляемыми. Но прежде их было мало и степень их загрязненности была намного ниже; поэтому загрязнения разбавлялись большим количеством чистой воды и приносили сравнительно не много вреда. Однако загрязнения речных вод всегда были источником распространения различных инфекционных заболеваний. Сейчас эта проблема во многих районах земного ш а р а благодаря принятым мерам стала менее острой, но быстрое развитие химической, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности, а т а к ж е бурный рост городов, вместе с ним и быстрый рост общественных канализаций послужили причинами возникновения других неблагоприятных явлений, активная борьба с которыми требует настойчивого проведения в ж и з н ь целенаправленных мер. Основные из них вполне реально осуществить в течение двух-трех десятилетий. В новое тысячелетие человечество должно вступить, освободившись от бремени ухудшения природной среды. И решение этой задачи в полной мере относится к водному компоненту среды, окружающей людей. Решение этой проблемы, как будет видно из сказанного ниже, вполне реально как в техническом* так и в экономическом отношениях.
ВОДНЫЙ КОМПОНЕНТ СРЕДЫ, ОКРУЖАЮЩЕЙ ЛЮДЕЙ
В последние годы большое внимание уделяется состоянию природной среды, окружающей людей. В Советском Союзе эта проблема рассматривается на самом высоком уровне. На четвертой сессии Верховного Совета С С С Р в сентябре 1972 г. был поставлен доклад по охране природы (Кириллин, 1972) и принято соответствующее постановление, которое предусматривает ряд мер по совершенствованию планирования охраны природы, по повышению ответственности министерств, ведомств и организаций за строгое соблюдение соответствующих законода-
тельств, а также личной ответственности за сохранение окружающей природной среды и предотвращение вредных выбросов в атмосферу и сброса загрязненных сточных вод; учитывает это постановление также соответствующие меры по обеспечению техникой, необходимой для улучшения охраны природы, по расширению научно-исследовательских работ по этой проблеме, улучшению подготовки в средней школе и в высших учебных заведениях в области природоведения и защиты природной среды. Этим постановлением предусмотрено также активное участие Советского Союза в международном сотрудничестве по проблемам природной среды и отмечено, что «научно-технический прогресс должен сочетаться с бережным отношением к природе, ее ресурсам, способствовать созданию наиболее благоприятных условий для жизни и здоровья, для работы и отдыха трудящихся» («Правда», 21 сентября 1972 г.). Для проведения в жизнь мер по охране водных ресурсов в СССР ежегодно ассигнуются сотни миллионов рублей. Многое из того, что сказано выше, в разделах гл. VIII, относится к водному компоненту среды. Это касается методологии перспективных прогнозов и некоторых общих вопросов, рассмотренных в предыдущем разделе. Однако водный компонент среды имеет свои особенности. Для того чтобы их выявить, необходимо прежде всего условиться, что следует понимать под водным компонентом среды, установить его рамки. Нужно, однако, отметить, что вполне строго решить этот вопрос трудно, так как проблемы хозяйственного использования водных ресурсов тесно переплетаются с проблемой водного компонента среды, а иногда они сливаются воедино. По этой причине установленные рамки не лишены условности. К водному компоненту среды следует в первую очередь отнести питьевую воду, воду для пищевой промышленности, бытовых, гигиенических и бальнеологических целей; воду, обеспечивающую продуктивность биомассы, включая производство сельскохозяйственных продуктов, воду, расходуемую на урожай и животноводство; водные объекты (и их режим) —реки, озера, источники подземных вод, каналы, водохранилища, по берегам которых живут люди, а также используемые для их отдыха, спортивных, туристических целей и рыболовства. В целом, как видно, водный компонент среды охватывает широкий круг естественных гидрологических явлений и процессов. Его состояние связано с использованием водных ресурсов, непосредственно затрагивающих интересы людей. Вода, обеспечивающая продуктивность биомассы, также относится к водному компоненту среды не только потому, что это интересует людей как основной источник пищи, но также и потому, что высокая биологическая продуктивность, как правило, — критерий хорошего состояния природной среды. Это в значительной мере •относится и к биологическим процессам в воде рек, озер и во-
дохранилищ: высокая биологическая (рыбная) продуктивность одновременно является надежным показателем состояния данного водного объекта как водного компонента среды, окружающей людей. Кроме того, в более широком значении важно, что биологические процессы связывают между собой другие компоненты природной среды — воду с атмосферой и почвой. К явлениям, связанным с водным компонентом среды, относятся также разливы рек и наводнения, искусственные затопления и подтопления, болота и заболоченные земли, различные гидромелиорации. Следует, однако, предостеречь от имеющей место вульгаризации последствий некоторых преобразований, относящихся к водному компоненту среды. Примером могут служить водохранилища. Отдельные вызванные ими недочеты, иногда, к сожалению, немаловажные, нередко возводятся в принцип и распространяются на всю идею создания водохранилищ. Это, конечно, лишено основания. Водохранилища играют большую роль в расширенном воспроизводстве водных ресурсов, умножении главнейшей для хозяйства устойчивой части речного стока за счет уменьшения паводков. Вместе с тем устойчивый сток — весьма важный положительный показатель водной среды, особенно если учесть, что во многих случаях регулированием речного стока водохранилищами удается устранить существенную помеху для людей — катастрофические разливы рек и наводнения. Выше было показано, насколько велика современная роль водохранилищ в увеличении мирового устойчивого стока, в сглаживании сезонных, а иногда и годовых колебаний речного стока. Вряд ли существует на Земле другой компонент природы, столь глубоко преобразованный волей человека, как речной сток с помощью водохранилищ. И еще очень много необходимо сделать в этом направлении в будущем. Поэтому высказываемые часто соображения о нерентабельности водохранилищ не могут быть признаны правильными. Идея создания водохранилищ верна и вполне обоснованна, а недочеты, связанные с ними, например подтопления на мелководьях, то покрывающихся водой, то обнажающихся по мере колебания уровней, и тому подобные недостатки нужно устранять, а не возводить в принцип. Вместе с тем некоторые стороны воздействия водохранилищ на жизнь рек приводят к весьма труднообратимым явлениям, таким, например, как создаваемые плотинами препятствия для миграции рыб. Но это явление нельзя считать необратимым. Технической стороне водного хозяйства в бассейне Волги и на некоторых других реках на протяжении многих лет уделялось больше внимания, чем его биологическим аспектам. Д л я того чтобы плотины не влияли на продуктивность рыб, их строительству должно предшествовать создание мощных рыбоводных за-
водов, которые должны активно осуществлять рыборазведение, приспособленное к новым экологическим условиям, вызванным появлением плотин. Современная прикладная биология, вероятно, вполне способна решить эту задачу, не только ослабив влияние плотин на рыбную продуктивность, но и значительно повысив ее в сравнении с теми естественными условиями, которые имели место до строительства водохранилищ. Другая проблема водного компонента среды, связанная с биосферой, относится к лесному хозяйству и земледелию. Этого вопроса мы касались в гл. II в связи с характеристикой почвенного и биологического звеньев круговорота воды. В этой проблеме основная роль принадлежит почве. Путем агрономического и лесохозяйственного воздействия на нее можно в существенных пределах управлять водным балансом и в одних случаях ухудшать, в других — улучшать водный компонент среды. Интересно, что лес высокой продуктивности (с грибами, ягодами), в котором люди себя чувствуют хорошо, вместе с тем обладает и высоким водоохранным действием. Почва в таких лесах отличается весьма благоприятными гидрологическими свойствами — высокой инфильтрационной способностью; в таких условиях поверхностный сток обычно мал, но зато происходит интенсивное питание подземных вод. В речных бассейнах с такими лесами образуются невысокие паводки, а подземный сток в период между паводками и в межень относительно выше, чем в безлесных речных бассейнах. Но в лесах с невысокой продуктивностью, вызванной естественными причинами, например заболоченностью, либо не вполне благоприятной хозяйственной деятельностью, структура водного баланса оказывается иной. Это связано с тем, что основная гидрологическая роль в лесном биогеоценозе принадлежит почве, а ее водные свойства в значительной мере отражают продуктивность леса. Примером неблагоприятных антропогенных воздействий на лесные почвы может служить использование леса для выпаса, под влиянием которого почва утрачивает инфильтрационную способность. Водорегулирующая роль такого леса резко снижается. Другой пример — механизированные рубки леса с применением тяжелых трелевочных тракторов. После таких рубок повреждение почвы бывает обычно значительным, почва, так же как и при выпасе, утрачивает инфильтрационную способность, а лес — водорегулирующее действие, естественное возобновление леса происходит, кроме того, замедленно. Следовательно, выгода от механизированных рубок леса сводится к нулю потерями, которые несут водный компонент среды, лес и в конечном счете люди. Вместе с тем еще более высокая механизация рубок леса (с применением воздушной трелевки) позволяет сохранить водорегулирующую роль лесной почвы, способствует быстрому во-
зобновлению леса и, конечно, благоприятна по этим причинам и для людей. Весьма эффективны для поддержания и даже повышения гидрологической роли лесов некоторые другие меры, например: мелкие лесосеки с правильной ориентировкой их в необходимых случаях по отношению к местным формам рельефа, рубки санитарного типа и некоторые другие. Интересующихся этим вопросом более подробно отсылаю к соответствующим главам книги «Человек и воды» (Львович, 1963). Еще одна важная проблема — осушение болот и заболоченных земель и влияние этой меры на водный компонент среды. Большие и чрезвычайно важные результаты дал международный симпозиум по гидрологии заболоченных земель, проведенный в июле 1972 г. в Минске. Серия опубликованных докладов этого симпозиума дает весьма интересную информацию последних научных достижений по этой проблеме. В связи с темой этой книги и настоящего раздела я ограничусь изложением многолетнего и хорошо проведенного эксперимента по изучению влияния осушения болот на режим рек Финляндии (Мустонен и др., 1972). Исследование проводилось на двух смежных водосборах (площадь немногим более 5 км2), однотипных по многим признакам, кроме площади, занятой торфяниками (44 и 15%), и площади осушенных земель (0 и 19%). Первый из водосборов в исходный период наблюдений (в 1936— 1957 гг.) не был мелиорирован. В 1958—1960 гг. экспериментальный бассейн был осушен на площади, занимающей 40%. В течение 1961—1969 гг. наблюдения продолжались на экспериментальном и на втором, контрольном водосборе. Опыт отличается тщательным подбором водосборов, большим масштабом быстро проведенных мелиоративных работ на экспериментальном бассейне и надежностью примененного метода сравнения. Результаты опыта показали, что суммарный годовой сток после осушения существенно (почти на 50%) увеличился. Несколько увеличился (приблизительно на 30%) максимальный весенний сток, значительно — летние паводки (на 130%). Особенно интересно очень существенное увеличение зимнего минимального стока и еще большее увеличение (приблизительно в 3—10 раз) летнего максимального стока. Не считая не вполне благоприятного увеличения весеннего максимального стока и дождевых паводков, остальные показатели преобразования водного баланса носят положительный характер. Но и первый показатель (рост паводков) не является обязательным результатом осушения. Это можно успешно компенсировать регулированием водного баланса территории, занятой лесом. При облесенности около половины площади снеготаяние в бассейнах рек растягивается, и осушение в таких случаях может и не увеличить весеннего стока или увеличить его менее значительно. Но вероятно, и этот недочет в значительной мере
перекрывается выгодами от осушения, которые получает лес благодаря повышению его продуктивности. Конечно, положительное значение таких мер имеет место и для природной среды — леса и водного его компонента, поскольку водный баланс территории под влиянием осушения в общем улучшается. Нужно, однако, иметь в виду, что финский опыт относится к небольшому водосбору. По исследованиям А. Г. Булавко (1970), на нескольких более или менее значительных реках Белоруссии при мелиорированной площади до 20—25% водосбора годовой сток увеличился на 20—30 мм, или на 15—35%. При этом сток летне-осенней межени возрос на 50—90%, а зимней — в отдельных случаях (р. Мухавец) увеличился в 2 раза. После многолетней эксплуатации осушенных территорий указанные различия в значительной мере сглаживаются. Приведенные примеры не универсальны. Исследования К. Е. Иванова (1957), К. Т. Хоммик (1958), В. Ф. Шебеко (1970) и других показали, что в зависимости от природных условий, характера болот или заболоченных земель, масштаба проведенных мелиораций и направленности использования осушенных территорий они получили несколько иные выводы, что в некоторой мере связано с примененными методами исследований. Но в общем результаты исследований указанных гидрологов-болотоведов сводятся к выводу об улучшении водного баланса территории под влиянием осушения, о чем прежде всего свидетельствует тот факт, что неиспользуемые или слабоиспользуемые заболоченные территории или торфяные болота после осушения становятся пригодными для интенсивного использования под сельское, лесное хозяйство или для рекреации и других целей. Осушение несомненно приводит к улучшению природной среды. Мне представляется, что степень осушения, а следовательно, и его последствия в значительной мере зависят от урожаев на осушенной площади. Весьма высокие урожаи сельскохозяйственных культур, которые удается получить на осушаемых землях, требуют расходования большего количества воды. Поэтому во всех случаях, когда естественное испарение до осушения не достигает испаряемости, транспирация и суммарное испарение на осушенных землях возрастает. Причем увеличение бывает настолько значительным, что влаги на осушенной территории уже не хватает и урожай (во всяком случае в некоторые периоды) страдает от недостатка влаги. Это явилось причиной строительства управляемых мелиоративных систем двойного действия: на базе осушительных систем создаются приспособления для орошения той же площади в периоды недостатка влаги. Такая система позволяет оптимально обеспечивать влагой культурные растения, а в сочетании с управляемым питанием растений она дает максимальные урожаи, тре-
бующие расходования в общем большего количества воды на испарение и транспирацию, чем с этой ж е площади до мелиорации. В той или иной мере такая тенденция должна проявляться в будущем, когда районы избыточного увлажнения умеренного пояса будут превращены в территории с высокопродуктивным сельским хозяйством. Частично она уже наметилась и проводится в жизнь в ряде районов Европы, например: в СССР (Эстонской С С Р ) , в Нидерландах и Бельгии. Из этого следует вывод о том, что развитие в этих районах высокопродуктивного земледелия позволит производить сельскохозяйственные продукты с минимальной затратой воды на единицу продукции, что чрезвычайно важно для условий будущего, особенно когда возможности роста весьма водоемкого орошаемого земледелия в засушливых районах будут ограничиваться недостатком воды. Тогда орошаемые земли нужно будет использовать в основном для таких культур, производство которых требует больших тепловых ресурсов юга Европейской части СССР, Закавказья и Средней Азии. Что же касается сельскохозяйственных культур, производство которых обеспечивается в условиях районов избыточного увлажнения умеренной зоны (пшеница, рожь, овес, овощи, кормовые культуры и травы), то одним из центров их производства должны явиться такие районы, где на единицу растительной массы расходуется минимум водных ресурсов. Не менее 7з населения Земли живет в городах, которые весьма существенно влияют на среду, окружающую людей, в том числе и на ее водный компонент. Этот вопрос еще слабо изучен, но направленность гидрологических влияний городов, а отсюда и характер мер по улучшению среды, нарушаемой городами, могут быть намечены более или менее уверенно на основании того, что уже известно по этой проблеме. Города и промышленные комплексы занимают большие территории особенно в таких промышленных районах, как Донбасс, Центр Европейской части Советского Союза, Рур в ФРГ и др. В некоторых небольших странах Европы городами занято до 10% территории. В перспективе площадь городов будет расти. На площади застроек и асфальтированных улиц питания подземных вод практически не происходит, а поверхностный сток усиливается. Но не только в этом заключается влияние городов на водный компонент среды. В большей мере это влияние распространяется и на загрязнение снеговых и дождевых вод, стекающих с городских территорий. Исследования показали, что в начале ливней и снеготаяния степень загрязнения воды, стекающей с улиц городов, превышает концентрацию загрязнений канализационных сточных вод. И это относится к городам, чистота которых поддерживается на высоком уровне, в которых практикуется мойка машинами значительной части
улиц. Естественный сток и мойка улиц влияют положительно •на чистоту городов и, следовательно, улучшают городскую среду, но образуемый в результате этих процессов сток из ливнесточных систем попадает в реки и существенно загрязняет их. Эффективного метода борьбы с этим неблагоприятным явлением пока еще не найдено. По всей вероятности, эту проблему необходимо решать путем создания управляемых и автоматизированных ливнесточных канализаций, из которых вода в зависимости от степени загрязнения должна направляться: наиболее загрязненная — в отстойники и на очистные сооружения, а более чистая — непосредственно в реку, но, конечно, ниже города. Грязная ливневая вода составляет сравнительно небольшую часть общего объема ливня, поэтому такой путь, по-видимому, вполне реален. Сложнее эту проблему решить для снеговых весенних вод, объем которых весьма велик, во всяком случае больше обычных ливней, особенно в городах северных районов СССР, Канады и в некоторых горных районах. В таких условиях необходимо, по-видимому, ориентироваться на тщательную уборку снега с улиц и крыш, вывоз его на специальные территории, где снег по мере таяния будет частично фильтроваться в грунт, а частично накапливаться в прудах, из которых вода после отстоя и биологической очистки будет постепенно сбрасываться в реку. Очень хороший способ транспортирования снега — сплав его с помощью канализационных вод. Этот способ, применяемый в некоторых городах СССР, весьма эффективен, поскольку не требует особого увеличения размеров канализационных коллекторов. Сплав снега производится постепенно, с использованием большой коллекторной сети канализации. При этом общий объем снеговых вод, подлежащих сплаву в большом городе, вряд ли может превысить 7б часть канализационной воды. Сточная канализационная вода теплая, поэтому снег, сплавляемый с ее помощью, тает и увеличивает объем сточных вод, становится их частью. Однако сплав снега в канализационной сети допустим лишь при условии повторного использования сточных вод, так как при непосредственном их сбросе в реки эта мера приводит к еще большему загрязнению природных вод. Теперь мы подошли к едва ли не самой сложной проблеме водного компонента среды — предотвращению загрязнения рек и водоемов сточными водами. Эта проблема рассматривается отдельно в следующем разделе и в гл. X. От ее решения зависит не только почти все водное хозяйство, пути его развития, но и промышленность, технология производства и ряд других вопросов. Но все сказанное ниже тесно связано с водным компонентом среды, поэтому, завершая раздел, посвященный этой важнейшей проблеме, мы будем касаться ее и ниже.
ПУТИ БОРЬБЫ С КАЧЕСТВЕННЫМ ИСТОЩЕНИЕМ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Для того чтобы выяснить, какой принцип охраны должен быть главным, стержневым, необходимо кратко рассмотреть последствия сброса неочищенных и очищенных сточных вод в реки и водоемы. Для разбавления \.м3 неочищенных сточных вод необходимо до 20—30 м 3 природных чистых вод. Только при таком разбавлении воды рек могут быть пригодными для вторичного использования, и то с некоторыми ограничениями. Но на ряде даже больших рек экономически развитых районов соотношение между количеством сточных вод и расходами воды, особенно в меженный период, оказалось настолько неблагоприятным, что процесс самоочищения загрязненных вод перестал давать ожидаемый от него эффект. Качество речных и озерных вод в некоторых районах ухудшилось настолько, что использование их для водоснабжения оказалось невозможным. Возникла проблема очистки сточных вод. Однако чрезвычайная сложность совершенной очистки, высокая ее стоимость, а главное, не вполне достаточная ее эффективность не дают оснований считать этот путь охраны основным для условий будущего. Дело в том, что самые совершенные методы искусственной очистки сточных вод не позволяют полностью освободиться о загрязнений. Очистка на 80—95% считается довольно совершенной. Освободиться от 5—20% наиболее стойких загрязнений не удается. Следовательно, «очищенные» сточные воды хотя и в меньшей степени, но загрязняют речные и озерные воды. Для того чтобы в процессе естественного самоочищения очищенные сточные воды стали пригодными для использования, требуется по крайней мере 6—12-кратное разбавление чистой природной водой. Как мы видим, искусственная очистка дает определенный эффект — кратность разбавления природной водой снижается в 5—7 раз. Но если учесть непрерывный рост водопотребления, то перспектива не оказывается вполне обнадеживающей и при искусевенной очистке сточных вод. Так, в СССР в ближайшие 25—30 лет ожидается увеличение объема сточных вод примерно в 5 раз (Львович и Коронкевич, 1971), а по земному шару в целом, как это будет показано в следующей главе, — больше чем в 16 раз. Ориентировка на очистку всех сточных вод связана с многомиллиардными капитальными затратами и эксплуатационными расходами. Тем не менее если пойти на это, то загрязнение речных вод даже очищенными сточными водами в целом не уменьшится: содержание загрязнений после очистки, как сказано, уменьшится в 5— 7 раз, а общий объем сточных вод увеличится в 5—15 раз. Следовательно, если сбрасывать в реки все очищенные сточ-
ные воды, то общий уровень загрязнения в ближайшие десятилетия останется неизменным или снизится незначительно, несмотря на огромные затраты. В какой-то мере будет улучшаться технология очистки, но и здесь возможности ограничены экономическим фактором. Реки, транспортирующие нечистоты, портят и морскую воду. В конце концов могут оказаться загрязненными внутренние моря и приматериковые части океанов. Ценою еще больших затрат, пользуясь методами регенерации, можно осуществить полную очистку сточных вод. Технически это вполне разрешимо, но тогда отпадает необходимость сброса в реки и водоемы регенерированной сточной воды, так как регенерация означает полное восстановление качества воды до уровня не ниже естественной питьевой воды. Другими словами, речь идет о системе оборотного городского водоснабжения., которое в будущем, несомненно, получит большое, возможно, даже всеобщее распространение. Однако переход к этому дорогостоящему и энергоемкому способу потребует, повидимому, нескольких десятилетий. Вряд ли теперь имеются основания, для того чтобы назвать этот срок более точно. Такой путь сулит коренное решение проблемы, поэтому развитие соответствующих исследований, несомненно, будет оправдано. Но пока будет решена проблема массовой регенерации городских сточных вод, нужны пути перехода к этой универсальной системе избавления от них. Сейчас основное общепризнанное направление борьбы со сточными водами — их очистка перед сбросом в реки и водоемы. Это, конечно, намного более совершенный путь, чем сброс неочищенных сточных вод, который практиковался прежде и еще в довольно больших масштабах практикуется кое-где и сейчас (не менее половины сточных вод мира сбрасывается в реки и водоемы без очистки). Если очищать все сточные воды, то это явилось бы существенным шагом вперед, однако, как сказано выше, не решило бы проблемы коренным образом, поскольку самые совершенные, но доступные для широкого применения методы очистки не устраняют какой-то части загрязнений. Следует подчеркнуть, что трудности для широкого распространения глубокой очистки сточных вод, их регенерации связаны не столько с техническими проблемами, сколько с экономическими. Очистка требует огромных капитальных затрат на очистные сооружения и больших эксплуатационных расходов. При этом такие затраты в большей мере окупаются моральными, т. е. санитарными и эстетическими показателями, но слабо окупаются экономически. Конечно, первый фактор исключительно важен и поэтому должен оправдать любые затраты. Но намного проще решалась бы проблема и легче находились бы необходимые средства при условии экономической окупаемости затрат по борьбе с загрязнением рек и водоемов.
При поисках таких путей следует различать городские или, точнее, бытовые сточные воды (т. е. сточные воды городов, образуемые в результате личных потребностей людей, содержанием городов в чистоте, торговлей, пищевой промышленностью, культурными мероприятиями, спортом), а также сточные воды промышленных предприятий. Подход к способам борьбы с этими загрязнениями должен быть разным. Рассмотрим прежде всего эти пути для городских сточных вод. Главное направление заключается в повторном их использовании, но для других целей, с тем чтобы всемерно сокращать объем сточных 'вод, сбрасываемых в реки и водоемы, и постепенно подойти к полному прекращению их сброса. Для всех городских сточных вод должно быть найдено применение для повторного использования. В основном такое повторное использование должно быть экономически окупаемым, что будет способствовать практическому осуществлению мер по устранению отрицательного действия сточных вод. Далее, повторное использование потребует специальной подготовки сточных вод, вплоть до очистки, технология которой должна отвечать требованиям соответствующих потребителей. В этом заключается существенное различие между современной очисткой, которая перед сбросом в реки и водоемы носит более или менее стандартный и универсальный характер (напоминаю, что речь идет о городских сточных водах, более или менее однообразно загрязненных, если исключить промышленные загрязнения, о которых будет сказано ниже), и подготовкой или специальной очисткой, технология которой должна строго соответствовать назначению повторного использования, а также наиболее эффективной в защитном водоохранном и экономическом отношениях. Теперь охарактеризуем основные пути повторного использования. Во-первых, эта вода может использоваться в тех отраслях промышленности, для которых не требуется высокого ее качества. Сюда входит также использование предварительно очищенных сточных вод. Это уже вводится в практику. Так, в Японии в Токио сооружены две большие водопроводные станции для снабжения очищенной городской сточной водой промышленных предприятий. Их производительность 138 и 188 тыс. м3/сутки. Вода после осветления подается в специальные технические водопроводы, снабжающие водой несколько сот фабрик и заводов, в том числе химические, целлюлозно-бумажные, мыловаренные и сталелитейные. Некоторые из этих производств нуждаются в высококачественной воде. Тем не менее они удовлетворяются специально очищенной сточной водой. Но доочистка на централизованных промышленных водопроводных станциях не в полной мере отвечает требованиям некоторых предприятий. В этих случаях сами заводы дополнительно очищают необходимую им воду.
В Советском Союзе также развернуты работы по повторному использованию очищенных городских сточных вод в промышленности. Так, в Москве на Курьяновской очистной станции намечена доочистка 675 тыс. м г/сутки (0,25 км 3/год) сточных вод для технического снабжения водой 14 предприятий, расположенных в юго-восточной части города. Подобные меры принимаются также в Челябинске и Липецке (Лукиных и др., 1972). При этом в Челябинске система прохмышленного водоснабжения сточными водами предусматривает подачу 1 млн. мъ воды в сутки (Штернов, 1972). Таким образом, начало целому комплексу мер по повторному использованию сточных вод уже положено. Этот путь со временем должен привести к решению поставленной задачи — прекращению сброса сточных вод в реки и водоемы. Необходимо, однако, чтобы подобные меры разрабатывались не только по инициативе самих промышленных предприятий и были выгодны только им, но были полезны и в деле улучшения водного компонента среды в целом. Второй путь — использование городских сточных вод для орошения земледельческих полей. Это весьма выгодное и перспективное в смысле охраны вод и в экономическом отношении направление требует более обстоятельного рассмотрения. Прежде всего термин «земледельческие поля орошения» был предложен (А. Львович, 1957) в отличие от термина «поля орошения». Различие заключается в том, что на первых применяются минимальные нормы орошения, обеспечивающие наибольший урожай и исключающие попадание загрязнений в. гидрографическую сеть. Для полей ж е орошения характерны высокие нормы орошения, поэтому их обезвреживающая способность ниже. По этой причине в Советском Союзе и в некоторых других странах проводится большая научно-исследовательская и практическия работа, освещенная в специальных изданиях (А. Львович, 1963; Новиков, 1969) и в библиографических указателях (А. Львович, 1971 и др.). В Подмосковье создан специальный научно-исследовательский институт, проводящий широкий круг исследований по обезвреживанию городских сточных вод путем использования их для орошения земледельческих полей. В Советском Союзе орошается сточными водами несколько десятков тысяч гектаров земледельческих полей, в том числе часть круглогодично. В Г Д Р орошается сточными водами 45 тыс. га, в Польше—10 тыс. га, в Румын и и — 5 тыс. га (Андреев и др., 1963). Использование сточных вод для орошения земледельческих полей дает большой эффект, в связи с тем что городские сточные воды содержат большое количество органических удобрений. Вместе с тем почвенное обезвреживание городских сточных вод наиболее эффективно, так как окислительные процессы в почве протекают во много раз интенсивнее, чем в воде»
Нужно заметить, что менее эффективного способа обезвреживания, чем в воде рек и водоемов, вероятно, не существует и он по существу сложился стихийно. Грязная вода еще в городах древнего Вавилона, где уже тогда существовала канализация, текла в наиболее низкие места в районе города, т. е. в ближайшую реку или озеро. Вместе с тем не менее древнее, но гораздо более эффективное средство обезвреживания нечистот и повышения урожаев заключается в использовании их для удобрения полей. Это чрезвычайно важный путь для поддержания плодородия почвы и для улучшения водного компонента среды. В настоящее время, когда некоторые реки в различных районах земного шара перегружены сточными водами настолько, что даже остаточные загрязнения после их очистки наносят серьезный ущерб природным водам, наиболее целесообразный путь — прекращение их сброса в реки и повторное использование для других целей. Еще хуже дело обстоит со слабопроточными озерами и водохранилищами. Под влиянием сточных вод происходит евтрофикация многих д а ж е больших озер, связанная с резким повышением продукционно-биологических процессов, вызванных поступлением со сточными водами фосфора и азота, следствием чего является обеднение воды кислородом. В связи с широким строительством водохранилищ процесс евтрофикации получает все большее распространение, а реки становятся еще менее благоприятным средством для удаления и обезвреживания сточных вод. Еще К. Маркс в известном труде «Капитал» с негодованием писал, что Темза и другие реки загрязняются сточными водами, вместо того чтобы возвращать почве содержащиеся в них удобрения. В. И. Ленин в работе «Аграрный вопрос и «критики Маркса»» подчеркивал, что использование минеральных удобрений нисколько не опровергает того факта, что нерационально выбрасывать в реки естественные удобрения понапрасну, отравлять притом их нечистотами, и отмечал, что использование городских нечистот для орошения полей сулит громадную пользу. Действительно, 25-летний опыт орошения сточными водами полей в Подмосковье и в других местах показывает, что урожаи кормовых культур в сравнении с неорошаемыми землями повышаются в 3—4 раза, причем при применяемых небольших нормах орошения вредных загрязнений в почве не наблюдается, экономическая эффективность мясо-молочного хозяйства сильно возрастает, а капитальные затраты на строительство закрытых оросительных систем и сооружений, необходимых для предварительной подготовки сточной воды, окупаются в течение четырех-пяти лет (Андреев и др., 1973; А. Львович, 1963, 1973, А. Львович и др., 1961). Итак, санитарная, агрономическая, техническая и экономическая стороны проблемы использования городских сточных
вод для орошения земледельческих полей проверены опытом как в СССР, так и за рубежом. При правильном устройстве оросительных систем и строгом нормировании поливов загрязненные воды в реки и водоемы не попадают. Подача удобрений вместе со сточной водой выгодна еще по целому ряду причин. Во-первых, обеспечивается транспорт удобрений с помощью воды; во-вторых, в растворенном виде они наиболее эффективно усваиваются почвой и растениями. К вопросам дискуссионного характера относится срок, в течение которого можно производить орошение. С точки зрения санитарно-гигиенической важно, чтобы вся сточная вода использовалась для орошения. Но как же быть зимой, куда девать сточную воду, когда земледельческие поля не нуждаются в орошении? Одни авторы считают вполне допустимым сезонное использование сточных вод для орошения, с тем чтобы повторно использовать хотя бы часть сточных вод, а зимой их сбрасывать в реки. Такое решение носит половинчатый характер, и вряд ли его можно считать оправданным, особенно если учесть, что на большей части территории СССР реки зимой наиболее маловодны и поэтому сброс сточных вод в это время года наносит наибольший ущерб вследствие неблагоприятных условий разбавления и обезвреживания в потоке, скованном льдом. Поступление кислорода в речной поток в это время замедлено, поэтому даже в чистой естественной речной воде из-за недостатка кислорода нередко подо льдом происходят массовые заморы рыбы. При сбросе сточных вод зимой под ледяным покровом кислородное голодание усиливается, так как на окисление содержащихся в них нечистот требуется огромное количество кислорода. В таких случаях рыба чаще всего гибнет, обезвреживание сточных вод в естественных условиях происходит более замедленно, и такая вода не пригодна для использования без глубокой предварительной обработки. Для того чтобы избежать этого неблагоприятного явления, целесообразно, по-видимому, производить орошение земледельческих полей и зимой. Сточная вода содержит много тепла* вследствие чего она не замерзает в трубопроводах. Зимой поливная норма должна быть минимальной, но все же избежать намерзания сточных вод на поверхности почвы не удается. Д л я того чтобы это намерзание не усиливало весенний поверхностный сток снеговых вод, необходимо, по-видимому, разработать способы такого распределения поливных вод на полях по отношению к склонам, чтобы между участками с намерзшей сточной водой оставались свободные участки, на которых весенние снеговые воды могли бы усваиваться почвой в условиях, наиболее близких к естественным. Это, конечно, усложнит технику зимних поливов, но позволит управлять процессом весеннего стока, допуская минимальные потери на поверхностный сток.
Для многих районов умеренного пояса, в том числе для большей части территории СССР, Канады и некоторых других стран, этот вопрос имеет существенное значение и нуждается в дальнейшем изучении. В субтропиках, в тропическом и экваториальном поясах вопрос о замерзании поливных вод, разумеется, не стоит. Но в некоторых районах возникают другие трудности — поливы сточной водой во влажный сезон, когда и без того поля с избытком увлажнены. В СССР в перспективе предполагается увеличить площадь орошаемых земель до 28—30 млн. га. Какие богатые возможности открывает орошение сточными водами при высокой агрономической и экономической эффективности этой меры в сочетании с чистыми реками, озерами и водохранилищами! При этом орошение сточными водами будет практиковаться не только в засушливых районах. Для получения высоких урожаев орошение этими водами эффективно и в районах избыточного увлажнения, по-видимому, вплоть до использования их в мелиоративных системах двойного действия, о которых говорилось выше. В перспективе (приблизительно к 2000 г.) на земном шаре было бы целосообразно использовать для указанной цели большую часть сточных вод, что позволило бы оросить 70— 80 млн. га земледельческих полей. Эту задачу потребуется решить в том случае, если не будут найдены пути массовой регенерации городских сточных вод для перехода на замкнутое оборотное водоснабжение городов. В последнем случае отходы процесса регенерации явятся тем органическим удобрением, которое необходимо возвращать полям в целях поддержания плодородия почв. Направление борьбы с загрязнением вод промышленными отходами сходно с изложенными методами для городских сточных вод в том отношении, что загрязненные воды не должны попадать в реки и водоемы. Но пути решения этой проблемы должны быть другими: 1) снижение водоемкости производства вплоть до перехода на безводную технологию; 2) создание промышленных комплексов с замкнутым оборотным водоснабжением. На первый путь все в большей мере становится целый ряд отраслей промышленности, в том числе и химической. В качестве примера приведу эволюцию расходования воды на нефтеперерабатывающих заводах. На заводах, применяющих старую технологию, расходуется до 10—15 м3 воды на 1 т перерабатываемой нефти; на Ново-Ярославском нефтеперерабатывающем заводе, проект которого был составлен в 1957 г., расход воды снижен до 8 м 3 /г нефти; на Киришском заводе (проект I960 г.) — 1,3 м3/т; на Мозырском (проект 1967 г.) — 0,84 м 3/т. В ряде последующих проектов расход воды на 1 т нефти был сокращен до 0,24 м3, а при проектировании Ачинс-
кого нефтеперерабатывающего завода — еще в 2 раза и доведен до 0,12 м 3 /г. Теперь ж е при проектировании новых нефтеперерабатывающих заводов предусматривается полное прекращение каких-либо сбросов сточных вод (Кириллин, 1972). Эта отрасль промышленности становится безводным производством. Аналогичная эволюция характерна и для многих других производств. Такой прогресс связан с заботами об охране водного компонента среды, но одновременно он выгоден для самой промышленности, так как в ряде случаев позволяет повысить качество продуктов производства, снизить их себестоимость, сократить непроизводительные отходы. Такая тенденция будет несомненно развиваться, но для ускорения перехода на новую технологию, требующую минимального расхода воды, или на безводную представляется целесообразным активизировать соответствующие научно-исследовательские и проектные работы, с тем чтобы в основном решить эту задачу в ближайшие десятилетия. Второй путь менее эффективен, чем первый, но, по-видимому, неизбежен в тех случаях, когда не представляется возможным переход на безводную технологию. Таких случаев может быть немало, поэтому переход на замкнутое оборотное водоснабжение промышленности представляет собой, несомненно, прогрессивное направление, особенно если учесть, что в настоящее время преобладают заводы и фабрики, сбрасывающие свои сточные воды в общую городскую канализацию или непосредственно в реки и водоемы. Предварительная очистка сточных вод, сбрасываемых в канализацию, чаще всего не производится, а при сбросе в реки и водоемы, если она и применяется, то недостаточно полно. В качестве первой меры для устранения этого явления, как мне представляется, было бы целесообразно установить плату за сброс каждой единицы объема сточных вод в канализацию или в гидрографическую сеть. При этом плата должна меняться в зависимости от степени загрязнения сточных вод. Но эта мера недостаточно эффективна и должна рассматриваться как временная. От нее можно будет постепенно отказаться по мере освоения систем замкнутого оборотного водоснабжения или «маловодной» и «сухой» технологии. Вторая мера — объединение водоснабжения и канализаций групп предприятий в системы замкнутого оборотного водоснабжения на следующих основах: каждое предприятие очищает свои сточные воды до такого состояния, чтобы повторно использовать ее в своем производстве, а если это невозможно, то на другом предприятии, не нуждающемся в высококачественной воде. Подбор групп таких предприятий и создание для них общих водопровода и канализации, не имеющей внешнего выхода, конечно, не простая задача, но решить ее в принципе гораздо проще, чем очищать сточные воды городской канали-
зации. Канализационная вода в крупных городах с большим числом промышленных предприятий содержит тысячи различных отходов, и освобождение от всех них чрезвычайно сложно. Вместе с тем каждому из предприятий, загрязняющему воду всего лишь ограниченным числом отходов, гораздо легче очистить эту сточную воду и довести ее до состояния, пригодного для повторного использования. Кроме того, данное предприятие в технологическом процессе производства может предусмотреть меры, предохраняющие используемую воду от излишних загрязнений. Появится большой стимул к экономии потребления воды, так как каждый лишний кубический метр воды, сбрасываемый в канализацию данного предприятия, требует лишних затрат на ее очистку. В процессе очистки из воды будут извлекаться ценные отходы производства. Эти меры по переводу промышленных предприятий на замкнутое оборотное водоснабжение в ряде случаев, по-видимому, целесообразно сочетать с повторным использованием очищенных городских сточных вод в целях восполнения безвозвратного расхода воды предприятиями. Таким путем можно сэкономить чистую воду, которая должна применяться для этой цели лишь в тех случаях, когда очищенная сточная вода непригодна. Особо загрязненную воду некоторых химических предприятий, не поддающуюся очистке для повторного использования, необходимо выпаривать или дистиллировать и регенерировать. Важно подчеркнуть тот факт, что химическая промышленность СССР стала на путь, в общем соответствующий указанным мерам по предотвращению качественного истощения водных ресурсов. Это видно, в частности, из статьи министра химической промышленности СССР JI. А. Костандова (1972), в которой освещены принципиальные положения перевода химического производства на маловодную и «бессточную» технологию в целях исключения сброса сточных вод в реки и водоемы при одновременном максимальном сокращении потребления чистой воды из естественных источников. Когда несколько лет назад я выступил в печати с развернутой программой мер по прекращению сброса сточных вод в реки и водоемы (Львович, 1961, 1967-6, 1968-а, 1969), многие специалисты считали это направление охраны водных ресурсов неосуществимым. Но теперь появилось много сторонников этого направления, в том числе, вероятно, и независимо от моих предложений. Это свидетельствует, что проблема созрела и имеются все основания рассчитывать на решение ее более ускоренными темпами, чем это имело место до сих пор. Как уже отмечалось, весьма важным звеном в системе мер по охране водных ресурсов, в том числе и от качественного истощения, является повышение водоносности рек в период межени путем регулирования стока водохранилищами и агролесомелиоративными мерами.
Другой важный путь — создание искусственных подземных водохранилищ путем магазинирования поверхностных, преимущественно паводочных, вод (см. раздел «Подземные водохранилища» в X главе). Таким путем будут созданы устойчивые источники водоснабжения, а также повысится качество воды, поскольку подземные воды, залегающие не очень близко к поверхности, наиболее надежно предохраняются от загрязнения. Как мы видим, не существует какого-либо одного универсального средства охраны вод от качественного истощения. Главное направление — прекращение сброса сточных вод в реки — должно сочетаться с целым комплексом вспомогательных мер. Общей чертой для всех этих мер является охрана в процессе их использования. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ
экономики
Экономика использования и охраны водных ресурсов — большая самостоятельная еще слабо разработанная проблема. Актуальность этих вопросов возрастает по мере роста интенсивности использования водных ресурсов, по мере роста диспропорции между требованиями к водным ресурсам и их наличием. Сейчас все чаще дебатируются вопросы о цене воды, о создании экономических стимулов для экономии воды и для предотвращения ее загрязнения. Вода, как и многие другие природные ресурсы, с точки зрения использования представляет собой сырье. Этот довольно ясный вопрос совсем не просто решить практически, в связи с тем что к водным ресурсам, так ж е как и к воздуху, привыкли относиться как к неистощимому дару природы. Отсюда как будто бы следует, что воду можно брать где угодно, сколько угодно, что ее можно загрязнять и сбрасывать грязную канализационную воду в любом месте. Существует, конечно, надзор и определенные правила и законы, но всех возможных случаев никакие даже самые подробные правила предусмотреть не могут. Нужны установленные и обязательно проводимые в жизнь принципы, в числе которых немалое место должно принадлежать экономическому стимулированию. Каждый неправильный шаг в обращении с водными ресурсами, шаг, который на первый взгляд непосредственно для данного случая кажется экономически оправданным, некоторое время спустя может привести к многократным потерям этих ресурсов. «Не будем, однако, — писал Ф. Энгельс, — слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредви-
денные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых» (К- Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, стр. 495—496). Если учесть все, чем уже «отомстила» природа человечеству, то это выразится в огромных материальных потерях, наиболее просто выявляемых по тем затратам, которые требуются для ликвидации последствий. Забор воды из источников должен, по-видимому, оплачиваться. В зависимости от назначения воды, отбираемой из источника, плата за воду может быть различной. Так, вода, используемая на хозяйственно-бытовые и питьевые нужды, т. е. непосредственно на нужды людей, как это уже сейчас практикуется в социалистических странах, не подлежит оплате. Водозабор для промышленных целей, теплоэнергетики и других производственных целей следует оплачивать, но еще более рационально устанавливать плату не столько за водозабор, сколько за сброс сточных вод в реки, озера, водохранилища и моря,, о чем говорилось выше. Этот вид оплаты должен дифференцироваться в зависимости от степени загрязнения сточных вод, причем по мере уменьшения загрязнения оплату за сброс целесообразно резко уменьшать. Такая постановка вопроса поведет, во-первых, к сокращению объема сбрасываемых вод, а следовательно, и сокращению количества воды, отбираемой изисточников водных ресурсов; во-вторых, будет способствовать переходу промышленных предприятий на оборотное водоснабжение, поскольку прямоточное водоснабжение окажется расточительным и потребует прекращения сброса большого количества сточных вод; в-третьих, появится стимул для всемерного уменьшения степени загрязнения используемой воды; в-четвертых, эти правила в какой-то мере будут способствовать и переходу на безотходную «сухую» технологию. Оплата за водозабор и за сброс сточных вод в переходный период, пока не достигнуто полное прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы, должна образовать своего рода ренту, за счет которой будут осуществляться меры по рационализации использования и по охране водных ресурсов. Но это, конечно, схема, которая нуждается в дальнейшей конкретизации. Другой вопрос экономики — количество продуктов, которое можно произвести на единицу объема воды. В сельском хозяйстве, особенно в орошаемом земледелии, этот критерий чрезвычайно важен, но и для промышленного производства, как показано выше, он имеет большое значение. Такой критерий будет способствовать экономному использованию водных ресурсов. При сравнении количества продукции, вырабатываемой на единицу объема воды разными отраслями промышленности, найти этот критерий труднее. В водном хозяйстве некоторых стран эффективность использования водных ресурсов предлагается оценивать деньгами.
Так, согласно расчетам, произведенным в США для западных штатов, на один акрофут (1233, 5 ж 3 ) воды, используемой для городского водоснабжения, приходится 3 тыс. долл. валового продукта. В зонах отдыха такое же количество воды дает 200— 300 долл. валового продукта, а в сельском хозяйстве — только 40—50 долл. Из этого расчета нельзя, конечно, делать вывод о том, что водные ресурсы не следует расходовать на орошаемое земледелие, поскольку вода, используемая для этой цели, дает валовой продукт меньшей стоимости, чем в других отраслях хозяйства. Но в качестве перспективы на будущее, когда появится больше районов с недостатком воды и потребуется установить очередность в обеспечении водой, орошаемое земледелие далеко не всюду будет первоочередным. В СССР приоритет расходования воды на орошение распространяется на Среднюю Азию и Закавказье, наиболее обеспеченные тепловыми климатическими ресурсами, где можно выращивать субтропические технические культуры, например хлопчатник. Вместе с тем нужно учитывать и тенденцию вытеснения технических культур синтетическими материалами. Нужно еще помнить, что повышение коэффициента полезного действия воды в земледелии должно идти по пути повышения урожайности и по пути снижения прочих затрат на производство культурных растений. В этом отношении орошаемое земледелие (во всяком случае до полной механизации поливов) в ряде случаев требует больших затрат труда и воды на единицу продукции, чем неорошаемое. Применение сточных вод для поливов изменит экономику орошаемого земледелия. Дело не только в том, что это один из путей существенного повышения продуктивности, но также л в том, что почва является наиболее эффективным средством обезвреживания сточных вод. Нужно еще напомнить, что капитальные затраты, необходимые для создания оросительных систем в условиях интенсивных молочно-мясных пригородных хозяйств, как отмечено выше, окупаются в четыре-пять лет только от реализации сельскохозяйственных продуктов, не считая высокой эффективности по обезвреживанию сточных вод. Вопросы экономики использования и охраны водных ресурсов настолько сложны и еще так мало разработаны, что высказанные мною некоторые соображения касаются лишь отдельных принципиальных сторон этой проблемы. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРИНЦИПОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Прогноз помогает правильно решать современные задачи использования и охраны водных ресурсов. Варианты прогнозов .на перспективу позволили нам установить ряд принципов, ко-
торые должны лечь в основу планирования, использования и охраны водных ресурсов, принципов, которые определяют собой техническую политику развития водного хозяйства. По мнению некоторых авторов в США, при планировании использования и охраны водных ресурсов на перспективу можно допустить, что на период прогноза «не произойдет скольконибудь существенных изменений государственной политики, которые могли бы повлиять на иснользование водных ресурсовв будущем» (Ландсберг и др., 1965, т. I, стр. 297). Мой разбор хозяйственного звена круговорота воды и приближенный прогноз на будущее, напротив, показывает, что требуются существенные изменения принципов использования и охраны водных ресурсов. Только в этом случае можно предотвратить истощение водных ресурсов и обеспечить ими нужды человечества в необозримой перспективе. Для того чтобы подвести итоги этой главы, приведем перечень основных положений развития принципов использования и охраны водных ресурсов в условиях будущего. 1. К числу главных направлений решения проблемы водного компонента среды относится создание управляемых систем водного баланса и водных ресурсов, включая управление качеством воды в соответствии с интересами и потребностями людей. В связи с этим положением следует заметить, что сохранение водного компонента среды в его настоящем виде и его восстановление могут быть оправданы в качестве частных или временных мер, представляющих собой отдельные этапы комплекса мер длительного и перспективного характера. Основное направление улучшения водного компонента среды должно з а ключаться в глубоких преобразованиях природы и хозяйства, приспособленных к тем новым условиям, которые создаются врезультате роста населения и развития хозяйства. Эта задача требует создания отмеченных систем управления водными ресурсами. 2. Другая важная основополагающая проблема — характер охраны водных ресурсов, его принципиальное направление. Принцип «охрана от использования» не пригоден для водных ресурсов, как и для некоторых других элементов природы. Исторически сложилось так, что охрана вступает в действие в основном после появления сточных вод и других загрязнений. С этой целью разработаны различные правила, предусматривающие очистку сточных вод, ограничение различных загрязнений и тому подобные меры, венчающие процесс производства. Такой принцип охраны, как надстройка над производством, в какой-то мере необходим, но не в качестве главного пути. Главное направление — перевод охраны в область профилактики. Охрана, как было показано выше, должна лежать в основе самого производства — не допускать образования сточных вод путем перестройки технологии производства или во всяком
случае любыми мерами, например путем повторного использования, не допускать сброса сточных вод в реки и водоемы. 3. Разработка перспективных прогнозов как моделей, которые позволяют оценить в условиях будущего те или иные меры, требующие неотложного применения не только для решения текущих задач, но и задач будущего. Вариантные перспективные прогнозы, основанные на различных подходах к использованию и охране водных ресурсов. 4. Комплексный подход в решении проблем водного хозяйства. Хотя такой подход общепризнан, но на деле он далеко не полностью проводится в жизнь. 5. Расширенное воспроизводство водных ресурсов как основной путь умножения водных ресурсов, наиболее доступный для использования и способствующий улучшению управления водным компонентом среды. Преобразование водных ресурсов как форма их расширенного воспроизводства — увеличение устойчивого стока путем создания водохранилищ, особенно подземных, агромелиорации, гидромелиорации и лесомелиорации, позволяющих управлять ресурсами почвенной влаги в целях оптимального обеспечения ими культурных растений, лесов и лугов. 6. Использование городских сточных вод для орошения земледельческих полей в качестве основного эффективного средства почвенного обезвреживания сточных вод с одновременной экономической пользой от утилизации удобрений, содержащихся в сточной воде. Повторное использование их также после соответствующей обработки (очистки) на тех производствах, которые не нуждаются в чистой воде. 7. Снижение водоем кости производства (на единицу продукции) , что в равной мере относится как к сельскохозяйственным продуктам, особенно весьма водоемкому орошаемому земледелию, так и к промышленной продукции. 8. Разработка экономических проблем использования и охраны водных ресурсов. 9. Дальнейшее развитие географической и гидрологической наук с особым вниманием к водному компоненту среды. Основные из этих принципиальных вопросов будут рассмотрены в следующей главе и сопровождены расчетами и примерами, краткой характеристикой современного состояния проблемы и перспективными прогнозами для условий будущего.
ГЛАВА IX
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И БУДУЩЕЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗВЕНА КРУГОВОРОТА ВОДЫ ВОПРОСЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
По назначению и качеству используемой воды водоснабжение носит весьма разнообразный характер. Прежде всего большие требования предъявляются к качеству питьевой воды и к воде, используемой в пищевой и в некоторых других отраслях промышленности. Но эти виды водопотребления нельзя обособить от других видов использования воды в городах — бытового водоснабжения (вода для мытья, стирки и т. п.), поливки зеленых насаждений и улиц, тушения пожаров и некоторых неводоемких производств, в основном для легкой промышленности, использующей воду из городских водопроводов. К особой группе водоснабжения относятся некоторые виды промышленного производства, требующие большого количества воды. Это горнорудная и химическая промышленность, металлургия, теплоэнергетика. Но высокая водоемкость этих отраслей промышленности носит условный характер, так как зависит от способов водоснабжения. При прямоточном водоснабжении, т. е. когда вся необходимая для производства вода забирается из реки, озера, водохранилища или из подземных горизонтов, требуется больше воды. При замкнутом, оборотном водоснабжении из источника берется вода в объеме, необходимом только для восполнения воды, безвозвратно расходуемой в процессе производства. Количество воды, необходимой для промышленного производства, зависит от технологических процессов. Теперь все ярче стала выявляться тенденция перевода некоторых отраслей промышленности на сухую технологию. О такой тенденции у ж е говорилось, а отдельные примеры будут приведены ниже. Рассмотрим прежде вопросы, связанные с хозяйственнопитьевым обеспечением людей. Д л я питья и приготовления пищи требуется 2,5—3 л воды в сутки на одного человека. Учитывая, что население земного 12-4897
321
шара достигло к настоящему времени 3,7 млрд. человек (1971 г.) и что на одного человека в год требуется около 1 м3 воды, ежегодный расход ©оды на физиологические потребности составляет немногим более 3,5 км3. Если бы нужды москвичей ограничивались только питьевой водой, то московскому водопроводу было бы достаточно подавать около 18 000 м3 воды в суши, или немногим более 6,5 млн. м3/год. В действительности же он подает примерно в 200 раз больше — почти 1,3 км3 в год, 3,5 млн. м3/сут, или около 600 л на одного человека. В городскую водопроводную сеть непрерывным потоком вливается целая река с расходом более 40 м3/сек. Это не меньше, чем текло воды в р. Москве до переброски в нее волжской воды. Теперь секундный расход воды в р. Москве .составляет 50—60 м3, т. е. всего лишь приблизительно в 1,5 раза больше, чем в московском водопроводе. Ленинград с четырехмиллионным населением ежесуточно расходует 1 700 тыс. мъ воды (Гинко, 1965) (570 л/сут. на одного человека), или немногим более 0,6 км 3/год. Это соответствует расходу воды в 20 м 3/сек. Расход воды на одного человека в сутки в 1950 г. составлял в Стокгольме 300 л, в Копенгагене — 200 л (Келлер, 1965). Иногда считают, что высокое потребление воды в городах на одного жителя является показателем культуры и известным достижением. До некоторого предела это действительно так. В среднем считается, что около 300 л/сут на человека достаточно для удовлетворения всех его бытовых потребностей, включая приблизительно 100 л/сут на его непосредственные нужды и обеспечение пищевой промышленности и торговых предприятий. Для всех этих целей требуется наиболее высококачественная вода, прошедшая предварительную очистку и обезвреженная от содержания патогенных бактерий и каких-либо вредных примесей. Примерно 100 л на одного человека расходуется на мытье улиц, поливку зеленых насаждений. Всего, таким образом, получается не более 400 л в сутки на одного городского жителя, Расходование воды сверх 400 л/сут на человека связано с использованием воды промышленными предприятиями, для которых часто совсем не обязательна высококачественная питьевая вода. Вот почему в городах с развитой водоемкой промышленностью целесообразно иметь два водопровода: один — подающий высококачественную воду для питьевых и бытовых целей, другой — для обеспечения промышленности. Две отдельные водопроводные системы уже созданы в ряде больших городов — Париже, Ганновере, Штутгарте, Франкфурте-на-Майне и др. Некоторые крупные предприятия Москвы также располагают отдельными водопроводами. Такое деление служит одним из источников экономии высококачественной воды. В будущем экономия питьевой воды путем разделения водопроводов будет играть еще более существенную роль.
В настоящее время расход воды на одного человека в городах и в сельской местности значительно различается. Если на одного городского жителя в среднем т о земному шару расходуется 150 л/сут, или 55 м3/год, то в сельской местности — не более 50 л/сут, или 18 м3/год. Городское население земного шара в 1964 г. составляло 1 250 млн. человек, сельское — 2 400 млн. человек. При указанных нормах ежегодное валовое водопотребление городского населения достигало около 66 км3, сельского, не считая расхода воды на нужды животноводства,— 43 км3, а суммарно с округлением—около 110 км3. Примерно 20% воды из городских водопроводов, или 13 км3, расходуется безвозвратно, а 53 км3 отработанной загрязненной воды сбрасывается обратно в реки. К каким отрицательным результатам это приводит, уже упоминалось и подробнее рассматривается ниже. Что касается безвозвратного расхода при сельском водоснабжении, то он составляет 30—35 км3, и лишь 10—15 км3 попадает обратно в реки. Для контроля может служить другой вариант расчета, в основе которого лежит количество населения земного шара, пользующегося канализацией. По имеющимся данным, в настоящее время (1970 г.) пользуется канализацией 22% населения, или около 800 млн. человек. Если сравнить это число с указанным выше количеством городского населения, то последнее в 1,5 раза превышает численность населения, пользующегося канализацией. Это означает, что не во всех городских поселениях имеется канализация. Учитывая это обстоятельство, имеется основание принять для населения, обеспеченного канализацией, норму расходования большую, чем для всех горожан. Можно, однако, полагать, что вряд ли эта норма может превышать 200 л/сут, или около 75 м3/год, на одного человека. Отсюда на всех людей, пользующихся канализацией, суммарный водозабор составляет 60 км3/год, а на остальное население, принимая ту же норму, что и в первом варианте расчета (50 л/сут, или 18 м3/год, на одного человека),— 40 км3. В сумме расход воды на бытовые нужды всего населения достигает 100 км 3/год против 110 км3 по первому варианту. Этот контроль позволяет убедиться в том, что в расчетах не допущено существенной ошибки. Всего, таким образом, в результате хозяйственно-бытового и питьевого использования воды образуется приблизительно 65 км3 сточных вод, из которых около 60 км3 сбрасывается обратно в реки и около 5 к м 3 — в моря. Если допустить, что около половины сточных вод перед сбросом в реки подвергается искусственной очистке, то на обезвреживание 30 к м 3 очищенной воды в процессе самоочищающего действия речных вод должно быть израсходовано не менее 200—240 к м 3 чистой речной воды. На обезвреживание неочищенных сточных вод требу12*
323
ется по крайней мере в 2 раза больше чистой воды, т. е. около 400—500 км3. Таким образом, общий расход воды на обезвреживание всех городских сточных вод, образуемых после хозяйственно-питьевого водоснабжения, составляет величину порядка 650—700 км3/год. В хозяйственных расчетах обычно не принято учитывать этот вид расходования воды. С чисто потребительской точки зрения такой подход не лишен оснований, если не принимать во внимание столь важный фактор, каким является качество воды. Действительно, турбины гидроэлектростанций успешно могут работать и на загрязненной воде. Не страдают от него орошение и некоторые другие отрасли хозяйства. Но такой подход неприемлем с точки зрения среды, окружающей человека. Питьевая вода, отдых на реках, озерах и водохранилищах, использование воды для гигиенических и спортивных целей, обитание пресноводной рыбы и ряд других факторов, в целом составляющих водный компонент среды, о которой подробнее сказано в гл. VIII, требуют пересмотра некоторых положений водохозяйственного баланса. В первую очередь это относится к необходимости учета речной воды, расходуемой на разбавление и обезвреживание сточных вод, сбрасываемых в реки и водоемы. Таковы основания для выключения в расходную статью водохозяйственного баланса указанных 650—700 км3 воды, необходимой для обезвреживания сточных вод после хозяйственнобытового и питьевого водоснабжения. Парадоксальным является то обстоятельство, что загрязнение воды рек и водоемов возрастало по мере развития одной из важнейших санитарно-гигиенических мер — централизованной канализации. Выше упоминалось, что в настоящее время (1970 г.) на земном шаре пользуются канализацией 22% людей. Д а ж е в Европе эта цифра не достигает 50%, в Азии она уменьшается до 6%, а в А ф р и к е — д а ж е до 4%. Вместе с тем реки Европы относятся едва ли не к наиболее загрязненным. Прогрессирующее увеличение количества городских сточных вод, как это очевидно, связано не только с ростом населения, но и с появлением новых канализаций. А в этом отношении предстоит сделать еще очень много, так как в перспективе по мере развития централизованных канализаций загрязнение будет расти. Так, если в 2000 г. канализацией будет пользоваться не 22% населения, как сейчас, а, например, 50—60%, что, по-видимому, вполне реально, то при ожидаемом увеличении населения до 6,3 млрд. человек, т. е. меньше чем в 2 раза, абсолютное число людей, пользующихся канализацией, возрастет до 3— 4 млрд., т. е. будет в 4—5 раз больше, чем в настоящее время. К этому нужно добавить рост количества расходуемой воды, которая увеличивается одновременно с ростом канализаций. Эти данные показывают, что даже с учетом экономии воды в городах за счет водоемкой промышленности, которая стано-
вится на путь перестройки технологии производства, резко снижающей расход воды или даже исключающей некоторые ее отрасли из числа пользователей водой, количество сточных вод только за счет городских канализаций"-" будет расти гораздо быстрее, чем в прошлом. Отсюда следует, что для расчетов на будущее необходимо считаться с ростом водопотребления. Учитывая рост урбанизации населения и постепенное сглаживание различий в потреблении воды городским и сельским населением, я принимаю норму водопотребления в 400 л/сут, или 150 м3/год, на одного человека для всего населения земного шара. Считая, что население земного шара к концу текущего столетия достигнет 6,3 млрд. человек (Покшишевский, 1966), общий валовой расход на бытовое водоснабжение составит огромную величину — порядка 920 км3/год. Это уже почти 7% от объема устойчивого стока всех рек земного шара и 2,5% от полного годового. Напомним, что здесь речь идет об использовании наиболее высококачественной воды. Допущение об использовании в 2000 г. одинакового количества воды на душу городского и сельского населения для хозяйственно-питьевого водоснабжения (в среднем 150 м3/год) не лишено условности. Вероятно, через 30 лет городской житель, пользующийся централизованной канализацией, будет все же расходовать больше воды, чем сельский. Это может служить основанием для второго варианта расчетов. Если допустить, что в 2000 г. централизованными канализационными системами будет пользоваться 60% населения (вместо 22% в 1970 г.) и что на одного человека будет расходоваться 150 ж 3 воды в год, получим общий расход воды городским населением в 540 км3/год. Сельское население будет, вероятно, расходовать раза в 3 меньше воды на одного человека, т. е. около 50 м 3/год. Тогда на все сельское население (2,4 млрд. человек) ежегодно потребуется приблизительно 120 км3 воды. Таким образом, в целом на земном шаре для хозяйственно-питьевого водоснабжения ежегодно будет расходоваться 660 км3 воды, или на 260 км3 меньше, чем по первому варианту расчетов. Учитывая приближенный характер расчетов, порядок величин по обоим вариантам расчетов следует признать близким, но для осторожности принимаем большее значение. Безвозвратный расход воды на хозяйственно-бытовые нужды людей, как и в настоящее время, вряд ли превысит 20% и в общей сумме мог бы составить 180 км3/год. Но нужно себе ясно представить, что оставшиеся 740 км3 воды после использования— это сточные канализационные воды. Если сбрасывать их обратно в реки, даже после весьма дорогостоящей, значительно более совершенной искусственной очистки, чем в настоящее время, то загрязнится в несколько раз больший объем речного стока и многие реки превратятся в коллекторы сточных
вод. Большая часть рек отпадет как источник водоснабжения. При такой ситуации людям пришлось бы жить на берегах рек, лишенных органической жизни, среди мертвых вод. Вот почему использование воды в больших количествах представляет собой меньшее зло, чем сброс в реки сточных вод. Прекращение сброса сточных вод в реки, озера и водохранилища — это важнейшая задача и наиболее эффективный путь борьбы с истощением водных ресурсов. В XXI в. решение этой задачи станет еще более необходимым. Расход 'воды, необходимой для обеспечения хозяйственнобытовых и питьевых нужд, д а ж е после полного прекращения сброса сточных вод в реки будет расти интенсивнее роста населения. Если в промышленном и энергетическом водоснабжении, орошаемом земледелии и других отраслях водного хозяйства необходимо планировать более экономное использование водных ресурсов и это вполне осуществимо путем уменьшения расходования воды на единицу продукции, а в ряде случаев путем перехода на «сухое» производство, то в отношении хозяйственно-питьевого водоснабжения такой подход невозможен. Потребности людей в воде должны удовлетворяться в полной мере, и говорить об экономии водных ресурсов здесь, конечно, нельзя. 400 л в сутки, по всей вероятности, минимум для хозяйственно-питьевого обеспечения одного городского жителя для условий будущего, и на снижение этого минимума итти нельзя. Однако излишества также недопустимы. Достаточно сказать, что неисправные водопроводные приборы служат источником существенных непроизводительных потерь воды. В одном протекающем водопроводном кране теряется до 100 м 3 воды в год, что соразмерно с количеством воды, используемой в течение года одним человеком. Борьба с подобными потерями воды, конечно, необходима. Но главный источник экономии в хозяйственно-бытовом и питьевом водоснабжении, как мы уже отмечали,—прекращение сброса сточных вод в реки. Ниже будет отмечено, что использование городских сточных вод для орошения полей или для теплоэнергетики и в тех отраслях промышленности, которые не нуждаются в высококачественной воде, решает задачу обезвреживания этих вод и выгодно экономически. Грубые прикидки показывают, что традиционных водных ресурсов — речных и подземных вод — вполне хватит для обеспечения населения при численности порядка 60— 100 млрд. человек, а также соответствующего объема промышленности. Население земного шара, может быть, и не достигнет таких размеров, приближенный расчет подчеркивает огромные возможности усовершенствования способов использования и охраны водных ресурсов. Не противоречит ли такой вывод современному состоянию водных ресурсов и соответствию потребностей в них? Действительно, при населении 3,5 млрд. человек недостаток воды ощу-
щается во многих районах земного шара, а я утверждаю, что при росте населения в 20 и даже ов 30 раз может хватить традиционных источников водных ресурсов. Все дело в том, что принципы, на которых строится водное хозяйство в настоящее время, требуют рационализации. Они были рождены в то время, когда водохозяйственный баланс не был напряженным и потребности в воде, как правило, обеспечивались без особых усилий. Если следовать этим принципам, то, как показано ниже, водных ресурсов хватит ненадолго и в течение ближайших двух-трех десятилетий они могут оказаться исчерпанными. Отсюда следует необходимость коренной рационализации принципов использования и охраны водных ресурсов: во-первых, прекращение использования рек и водоемов для удаления и обезвреживания сточных вод; во-вторых, снижение водоемкости промышленности, перевод ныне водоемких отраслей хозяйства в неводоемкие, для чего понадобится разработка новой технологии производства, требующей минимального расходования воды вплоть до перехода на сухую технологию; в-третьих, переход на замкнутое оборотное водоснабжение в промышленности, снижение количества воды, расходуемой на единицу продукции сельскохозяйственного производства. Вообще чрезвычайно важно привести потребность в водных ресурсах в соответствие с их наличием в пределах более или менее крупного района вплоть до субконтинента. Приходится, конечно, считаться, что потребность в воде часто может возникать там, где воды нет в необходимых количествах. Особенно это относится к горнорудной промышленности. В таких случаях практикуются переброски воды. Но в целом водные ресурсы служат одним из важных факторов при размещении промышленности. Перечисленные меры вполне реально постепенно осуществить в течение ближайших двух-трех десятилетий. Но они не исчерпывают всех возможностей более отдаленного времени. В отдаленном будущем для обезвреживания сточных вод, как уже сказано выше, вероятно, будет применяться глубокая очистка или регенерация, после чего они будут использоваться повторно. Но для современных условий этот способ борьбы с загрязнением сточными водами слишком энергоемок и дорог. Когда полная регенерация сточных вод в больших масштабах станет возможна, отпадет необходимость сброса регенерированных сточных вод в реки и водоемы. Такая регенерированная вода станет пригодной для непосредственного использования, что говорит о вполне реальных возможностях в отдаленном будущем организации городского водного хозяйства на принципах замкнутого оборотного водоснабжения. В отдаленном будущем синтетическая пища займет, по-видимому, настолько большое место в жизни людей, что может идти речь об уменьшении расхода воды на производство сельскохозяйственных культур. Достаточно сказать, что 3Л воды,
используемой в настоящее время, идет на орошение. Если ж е учесть и неорошаемое земледелие, то количество воды, расходуемой на производство пищи для людей, в настоящее время в 6 раз больше, чем используется воды для всех других потребностей. Но при этом следует учитывать, что продуктивность растительности на земном шаре нельзя уменьшать, а, наоборот, нужно увеличивать ее распространение и продуктивность, так как она выполняет еще и другую жизненно важную роль — обогащает кислородом атмосферу. Учитывая это чрезвычайно важное обстоятельство, нельзя рассчитывать на экономию воды, расходуемой на производство растительной массы,— разве только за счет уменьшения водоемкости орошаемого земледелия. Дополнительными резервами для роста водопотребления послужит дальнейший технический прогресс, рамки которого беспредельны. В конце концов будут найдены способы использования вод полярных ледников, экономически и технически эффективные способы опреснения соленых вод в больших масштабах и т. д. Одно из важных условий технического прогресса состоит в переводе промышленности и теплоэнергетических станций на оборотное водоснабжение, которое особенно прогрессивно при замкнутом цикле, полностью исключающем сброс сточных вод в реки и водоемы. В чем заключается смысл такой системы водоснабжения, обеспечивающей экономное и эффективное использование водных ресурсов, показывает пример водоснабжения теплоэлектростанций. На каждый киловатт выработанной энергии на испарение при охлаждении турбогенераторов расходуется около 3 л воды. На теплоэлектростанции мощностью 1 млн. кет, а таких станций в СССР и в других странах работает уже довольно много, в течение года вырабатывается примерно 8 млрд. квт-ч электроэнергии. На такой станции при охлаждении турбогенераторов за год испаряется примерно 25 млн. ж 3 в год, а в пересчете на текущий расход— 0,8 м3/сек. Это очень большой расход воды, а поэтому теплоэлектростанции принадлежат к числу водоемких отраслей производства, особенно если учесть общий объем воды, используемой данной отраслью хозяйства. Расход воды в таком объеме происходит на более совершенных теплоэлектростанциях при оборотном водоснабжении и при использовании теплоэлектростанций для теплофикации городов и промышленных предприятий. Если же водоснабжение теплоэлектростанций создано по прямоточной схеме, а таких станций еще много, то водозабор возрастет примерно в 25 раз, и тогда для станции мощностью 1 млн. кет расход воды повысится с 25 млн. до 625 млн. м3/год, а секундный расход воды, обеспечивающий ее работу,— до 20 м3/сек. Такой круглогодичный расход воды в межень присущ довольно значительным ре-
кам с естественным средним годовым расходом порядка 35— 70 м3/сек. Казалось бы, что если после охлаждения турбогенераторов сбрасывать воду обратно в реку, ущерба от этого не будет. Но нужно иметь в виду, что горячая вода губит органическую жизнь в реке не только под влиянием высокой температуры, но также и вследствие того, что после нагрева она теряет кислород, для восстановления которого вода должна пройти большой путь по руслу реки. До тех пор пока кислород не восстановится до естественной нормы, биологические процессы не могут протекать нормально. Вот почему важно исключить сброс в (реки и озера сточных вод после охлаждения турбогенераторов теплоэлектростанций. В настоящее время при общей мировой выработке энергии теплоэлектростанциями в 3 000 млрд. квт-ч суммарный безвозвратный расход воды на испарение, вызванный охлаждением турбогенераторов, должен был бы составлять примерно 10 км3/год. Это, однако, теоретический расчет, показывающий, какой минимум воды должен расходоваться для обеспечения работы теплоэлектростанций. Фактически расход воды значительно выше в основном потому, что большое число теплоэлектростанций еще не переведено на оборотное водоснабжение. Для охлаждения турбогенераторов всех теплоэлектростанций изъятия воды главным образом из рек, озер и водохранилищ достигают примерно 250 км3\год, а общий безвозвратный расход воды не так уж велик, но сброс 235 км3 горячей воды в реки и озера служит причиной тепловых загрязнений большого масштаба, что наносит огромный ущерб органической жизни пресных вод и снижает возможности использования воды. Для прогноза состояния водных ресурсов на 2000 г. принимается увеличение выработки электроэнергии электростанциями мира примерно в 17 раз. При этом я исхожу из расчета, что объем промышленного производства на земном шаре возрастет в 14—15 раз. Рост энергетического хозяйства должен опережать развитие промышленности приблизительно на 20%. Отсюда выработка тепловой энергии увеличится до 50 000 млрд. квт-ч. Если пропорционально возрастет количество воды, расходуемой теплоэлектростанциями, то безвозвратный расход увеличится до 200 км3, а водозабор из источников составит 3100 км3. Такой результат нельзя признать допустимым потому, что сброс в реки и озера столь большого количества горячей воды после охлаждения турбогенераторов может испортить по крайней мере 7000 км3 проточной пресной 'воды, или более 20% суммарного стока всех рек земного шара и половину устойчивого стока. Если учесть прогрессивно возрастающие потребности и на другие нужды, то такая порча воды тепловыми электростанциями могла бы оказаться катастрофической.
Но, учитывая ограниченность водных ресурсов, расчет обеспечения теплоэнергетики на будущее должен исходить из других, более прогрессивных принципов. За счет повышения юп.д. теплоэлектростанций норма расходования воды на 1 квт-ч выработанной энергии должна понизиться, как считают специалисты, почти в 2 раза и составит 1,6 л (Ландсберг и др., 1965). Правда, атомные электростанции расходуют относительно больше воды. Поэтому примем, что средний расход воды на 1 квт-ч тепловой электроэнергии достигнет 2 л. Тогда на 50 000 млрд. квт-ч выработанной тепловой электроэнергии ежегодный безвозвратный расход воды достигнет 100 км3, т. е. возрастет лишь в 7 раз при росте выработки электроэнергии в 17 раз. Задача будущего заключается в переводе всех теплоэлектростанций на замкнутое оборотное водоснабжение. При этом изъятие воды из рек и озер на охлаждение турбогенераторов будет ненамного больше безвозвратных потерь. Отсюда следует, что изъятие воды из источников для теплоэлектростанций почти в 2 раза снизится в сравнении с современным. Другой способ уменьшения расхода пресной речной воды на охлаждение турбогенераторов — использование для этой цели соленых морских вод. Трудности здесь пока связаны с тем, что при выпаривании выпадают содержащиеся в воде соли. Тем не менее в отдельных случаях морская вода применяется для охлаждения турбогенераторов, а в будущем эти трудности будут, несомненно, преодолены. Существует еще один почти неиспользуемый резерв — применение для водоснабжения теплоэлектростанций очищенных городских сточных вод, 0 чем было сказано выше. Развитие промышленного водоснабжения связано не только с быстрым ростом промышленности, но также и с ростом водоемкости производства, т. е. с увеличением расхода воды на единицу продукции. Так, на производство 1 т хлопчатобумажной ткани фабрики расходуют около 250 м 3 воды, на производство 1 г синтетического волокна — 2500—5000 ж 3 . Вообще химическая промышленность расходует очень много воды. На производство 1 т аммиака затрачивается около 1000 ж 3 воды, 1 г синтетического каучука — 2000 мъ воды. Весьма водоемка цветная металлургия: на выплавку 1 г никеля расходуется 4000 ж 3 воды. Эту цифру интересно сравнить с затратой воды на выплавку 1 т чугуна — 180—200 м3, т. е. в 20 раз меньше. До недавнего времени также водоемка была быстро развивающаяся нефтяная промышленность. На переработку 1 т сырой нефти требовалось 35 м3 воды. Но на новых нефтеперерабатывающих заводах с другой технологией расход воды, как было показано выше, снижается до 0,4 ж 3 на 1 т нефти и даже до 0,12 ж 3 . Вполне реальны возможности в дальнейшем перевода этой отрасли промышленности на сухую технологию.
Такое направление перестройки технологических процессов в химической промышленности получает все большее признание и распространение, причем не только в интересах водного хозяйства и улучшения водного компонента среды, но также и в интересах самого промышленного производства, позволяющего в ряде случаев получать таким путем продукцию более высокого качества и при более низкой стоимости. Отпадает необходимость недостаточно эффективной очистки и перехода на сложное в некоторых отраслях промышленности оборотное водоснабжение. Сточные воды в промышленности станут, по-видимому, анахронизмом. Не приходится сомневаться, что перелом в этом направлении уже назрел и проблема, несмотря на ее исключительную сложность, будет решена. Из этой предпосылки я частично исхожу при составлении наиболее благоприятного второго варианта перспективного прогноза использования и охраны водных ресурсов. О важности решения этой проблемы для химической промышленности говорит тот факт, что в США в 1960 г. безвозвратный расход (воды химической, нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностШ) в сумме составлял свыше 3 км3/год, или 55% безвозвратного расхода всеми видами промышленного производства. 2/3 суммарного промышленного водопотребления в этой стране расходуется тремя отраслями промышленности. Эти сопоставления я привожу, для того чтобы показать значение трех наиболее водоемких отраслей промышленности, развивающихся быстрее других отраслей промышленного производства. Для целей обеспечения водой промышленности всего земного шара в настоящее время ежегодно требуется (валовое водопотребление) примерно 400 км3 воды. Приблизительно половина промышленных предприятий находится на оборотном водоснабжении, поэтому из рек, озер и подземных горизонтов берется не весь этот объем, а половина его, т. е. 200 км3. Ежегодный суммарный безвозвратный расход воды на нужды промышленности в настоящее время оценивается в 40 км3. Все эти показатели невелики в сравнении с имеющимися водными ресурсами. Тем не менее угроза недостатка воды для нужд промышленного водоснабжения уже назрела в ряде районов с развитой экономикой, особенно в Европе и в Северной Америке. Причина не только в неравномерном распределении по территории водных ресурсов и промышленности, но главным образом в том, что вода после ее использования в промышленности, особенно в химической и целлюлозно-бумажной, очень сильно загрязняется и далеко не всегда поддается достаточно эффективной очистке. В результате ежегодно в реки сбрасывается около 160 км3 промышленных сточных вод, которые загрязняют по крайней мере 2000 км3 естественной чистой речной
воды, а если учесть, что далеко не все сточные воды -очищаются перед сбросом их в реки, то речной сток загрязняется в еще большем объеме — не менее чем до 4000 км?/год, а это уже составляет более 10% стока всех рек мира и примерно 25% стока рек районов, наиболее развитых в экономическом отношении. Что же будет дальше, через 30—40 лет, когда объем промышленного производства станет неизмеримо выше, чем в настоящее время? Допустим, что к 2000 г. промышленность на всем земном шаре достигнет современного уровня в странах, более развитых в экономическом отношении. Это означает, что мировая промышленность за 30 лет возрастет примерно в 15 раз. Конечно, рост промышленного производства для всего земного шара в целом зависит от социальных, научных и технических факторов, которые здесь невозможно подробно рассмотреть. Допускаемое мною 15-кратное увеличение промышленного производства весьма значительно. Тем не менее исторический опыт показывает, что такой рост вполне реален. Примером мож е т служить Советский Союз. Валовое производство в нашей стране к 50-летию Советской власти возросло в 66 раз. Но, как известно, не весь 50-летний период продолжалось мирное строительство. Много времени с ущербом для производства было затрачено на гражданскую и Великую Отечественную войны и на восстановление народного хозяйства. Увеличение производства в 66 раз в Советском Союзе фактически достигнуто за 30 лет. Вполне очевидно, что нельзя рассчитывать на такой рост промышленного производства для всего земного шара. Так, по расчетам американских специалистов, промышленность в США может увеличиться к 2000 г. в 5 раз с лишним (Ландсберг и др., 1965), причем такой рост для этой страны считается даже несколько преувеличенным. Исходя из этих соображений принятое допущение об увеличении промышленного производства в целом для земного шара в 14—15 раз за 30 лет нельзя не признать возможным. Однако принятый нами темп роста промышленности не может иметь самостоятельного значения. Такая прикидка необходима, чтобы приближенно оценить потребности промышленности в воде. Возможно, что этот наш прогноз не оправдается во времени и 15-кратное увеличение промышленного производства произойдет раньше или позже 2000 г. Для оценки будущего водных ресурсов это не так существенно. В данном случае для нас важно, что время в расходовании водных ресурсов, соответствующее увеличению промышленного производства в 14—15 раз, рано или поздно наступит. Это относится и к другим видам использования водных ресурсов. Если исходить из современной практики, то к 2000 г. еже•годное валовое водопотребление промышленностью при ее рос-
те в 15 раз увеличится примерно до 6000 км3, изъятие воды из источников — до 3000 км3, безвозвратный расход воды — до 600 км3,''я сброс сточных вод в реки достигнет огромного объема — порядка 2400 км 3/год. Если допустить, что все сточные воды будут очищаться перед сбросом их в реки, причем качество очистки значительно повысится, то на разбавление этого количества отработанных в промышленности и очищенных сточных вод потребуется все же не менее 20 000—25 000 км3 чистой проточной воды, а учитывая наличие других потребителей водных ресурсов, а также и тот факт, что возобновимые ежегодно ресурсы пресных вод Земли составляют немногим больше этого объема (38 000 км3), такое количество воды для промышленности в будущем взять неоткуда. Чтобы не допустить такого катастрофического положения, необходимо соблюдать некоторые обязательные условия. К числу этих условий относится снижение водоемкости производства путем уменьшения расходования воды на единицу продукции и путем перевода тех отраслей промышленности, которые это допускают, на «сухое» производство. Работа в этом направлении, как уже сказано выше, начата и в ряде случаев уже дала положительные результаты. Однако наряду со снижением нормы промышленного водопотребления возможно появление новых водоемких производств. В итоге можно считать в первом приближении, что уровень водопотребления на единицу продукции в среднем останется неизменным, хотя структура расходования воды промышленностью будет существенно изменяться. При таких условиях ежегодный безвозвратный расход "воды промышленностью при увеличении ее объема в 15 раз повысится до 600 км3, т. е. приблизительно только в 3 раза. Д а ж е существенное увеличение этого объема вполне укладывается в пределы имеющихся водных ресурсов. Но для того чтобы поддерживать водохозяйственный баланс промышленности в таких рамках, необходим перевод большей части промышленных предприятий на оборотное, замкнутое водоснабжение, на новую безводную технологию. Это сложная, но вполне реальная задача. На этот путь становятся многие предприятия в СССР. В ФРГ, где, как известно, промышленность развита, а водные ресурсы ограниченны, 92% всех предприятий работает на оборотном водоснабжении. В США на оборотное водоснабжение переведено 50% промышленных предприятий. Но в этих странах преобладает оборотное водоснабжение без замкнутого цикла, решающего главную задачу водного хозяйства — прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы. Определенный объем воды, выделенный данному производству, используется многократно после соответствующей очистки. Из источников водоснабжения восполняется только безвозвратный расход воды, составляющий в среднем примерно 10% валового водопотребления.
Таблица 29 Расход воды на водоснабжение (км 3 /год) На Современное состояние
перспективу
740
6 000
950
950 **
0
0
40
30
10
300
150
100
50
600
100
100
0
0
Энергетическое
250
15
235
600
100
270
2 900
7 000
45
45
0
0
Промышленное
200
40
160
4 000
3 000
600
2 400
24 000
4 Ю ***
0
0
. 600
130
470
5 580
7 110
1 080
6 090
37 600
1 505
0
0
Всего
.
.
3
410 ***
1 505
* Н е считая о б ъ е м а з а г р я з н е н н ы х морских вод. ** В том числе 200 км3 (примерно 20%) р а с х о д у е т с я в процессе хозяйсгвенно-бытового и питьевого в о д о с н а б ж е н и я , орошение з е м л е д е л ь ч е с к и х полей и 290 км3 после п р е д в а р и т е л ь н о й очистки и с п о л ь з у е т с я д л я энергетического и водоснабжения. *** И с к л ю ч а я 290 км3 сточных вод, и с п о л ь з у е м ы х повторно.
j
1
1 водозабор из источников
Животноводческое
объем речных вод, загрязненных сточными
180
ВОД
920
сброс сточных
680*
безвозвратный | расход
65
водозабор из источников
45
Хозяйственно-бытовое и питьевое
безвозвратный расход
объем речных вод, загрязненных сточными
:
сброс сточных вод
] водозабор из
110
Виды водоснабжения
объем речных вод,загрязненных сточными
• сброс сточных вод
при более р а ц и о н а л ь н ы х принципах водопользования
безвозвратный расход
ИСТОЧНИКОВ
при с у щ е с т в у ю щ и х п р и н ц и п а х водопользования
450 км3 — на промышленного
Трудно, однако, представить, чтобы водоснабжение промышл е н н о е ^ укладывалось строго в рамки безвозвратного расхода воды. Результаты современного и перспективного расходования водных ресурсов на водоснабжение сведены в табл. 29. Эта таблица наглядно показывает эффективность более совершенных принципов использования и охраны 'водных ресурсов. Если исходить из применяемых нами принципов, когда значительная часть воды после использования сбрасывается в реки, то по первому варианту прогноза в результате использования воды на все виды водоснабжения будет ежегодно образовываться 6000 км3 сточных вод, на разбавление которых после искусственной очистки, даже более совершенной, чем в настоящее время, потребуется не менее 38 ООО км3 речных вод. Этим практически были бы исчерпаны все водные ресурсы рек земного шара. На другие потребности проточной воды уже не хватило бы. Но нужно помнить, что водные ресурсы пресных вод требуются также для орошения, для неорошаемого земледелия, рыбного хозяйства, туризма и для других жизненно необходимых целей. Наконец, пресная вода должна быть чистой в целях обеспечения надлежащего качества водного компонента среды, окружающей людей. Одним словом, быстрый рост использования водных ресурсов при неизменных принципах неизбежно привел бы к катастрофе. Примерно в 90-х годах текущего столетия, а в некоторых районах и раньше стала бы ощущаться острая нехватка воды для питьевого водоснабжения. Перед людьми возникла бы весьма мрачная перспектива жить на реках, превращенных в коллекторы сточных вод. Совсем иной результат следует ожидать по второму варианту, основанному на более рациональных принципах, предусматривающих прекращение сброса сточных вод в реки, переход промышленного и энергетического водоснабжения на замкнутую, оборотную систему. Если сейчас на все виды водоснабжения безвозвратно расходуется около 130 км3 воды, или только 0,3% всего объема речного стока, то загрязняется сточными водами 5500 км3 речного стока, или 40% устойчивой части речных водных ресурсов. А в будущем, согласно второму варианту, безвозвратный расход на водоснабжение увеличится приблизительно в 1,5 раза против первого варианта прогноза и почти в 12 раз — против современного расхода и составит 4% полного речного стока, включая сюда и использование 450 км3 городских сточных вод на орошение. Относя этот последний объем на сельскохозяйственные нужды, безвозвратный расход на все виды водоснабжения увеличится в 8 раз в сравнении с современным. Следует, однако, подчеркнуть, что такое увеличение произойдет при прекращении загрязнения рек и водоемов сточными водами.
Именно в этом заключается главный эффект рационализации, положенной в основу второго варианта прогноза. / Полученные два варианта прогнозов, один из которых исходит в основном из сложившихся в прошлом принципов использования и охраны водных ресурсов, а другой предусматривает прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы, представляют два крайних результата. Действительность приведет к промежуточному результату, но, по-видимому, ближе ко второму варианту. Вполне можно допустить, что в некоторых районах, весьма богатых водными ресурсами и с относительно редким населением и слаборазвитой экономикой, где самоочищающая способность рек останется еще высокой, тщательно очищенные сточные воды допустимо будет сбрасывать в реки и в 2000 г. Однако в конце концов в более отдаленной перспективе потребуется полный отказ от сброса сточных вод. Следует подчеркнуть, что данные, приведенные в табл. 29, не претендуют на высокую точность. Они приближенны, но дают представление о порядке величин и характеризуют тенденцию развития водоснабжения, с которой необходимо считаться уже в настоящее время. ОРОШЕНИЕ
Площадь орошаемых земель на земном шаре в настоящее время достигает примерно 220 млн. га. На этой площади выращивается различных сельскохозяйственных культур примерно столько же, сколько на 1 200 млн. га неорошаемых земель. Отсюда следует, что эффективность орошаемых земель в среднем в 5—6 раз выше, чем неорошаемых. Большую роль здесь играет вода, но влияют и другие факторы, особенно климат (тепловые ресурсы), почвы и удобрения. Орошаемые земли находятся преимущественно в более теплых зонах, чем неорошаемые, а поэтому на значительной их части ежегодно снимается по два, а в некоторых случаях и по три урожая. На неорошаемых землях такой эффект достигается значительно реже. Этому мешают либо сухие, либо холодные сезоны года. Количество воды, расходуемой в течение года на орошение 1 га посева, в среднем составляет 12—14 тыс. м3 (брутто, т. е. включая потери), а ежегодные изъятия речных и подземных вод в общей сложности достигают 2500 км3. Это более 6% суммарного годового стока рек земного шара и почти 18% устойчивой части речного стока. По объему используемых вод орошаемое земледелие занимает первое место среди других водопотребителей. В среднем не менее 25%, или 600 км3, воды, отбираемой из рек и подземных вод на орошение, возвращается обратно на
питание грунтовых вод и в • реки. Так что ежегодный безвозвратный расход воды на орошение составляет 1900 км3. В СССР за годы Советской власти площадь орошаемых земель увеличилась с 4 млн. до 10 млн. га. Но рост орошаемого земледелий не ограничивается одним увеличением орошаемой площади. Перестроена и улучшена большая часть кустарных оросительных систем, существовавших в дореволюционное время. Созданы крупные гидротехнические сооружения — Большой Ферганский канал вдоль левого берега Сырдарьи, Каракумский канал, берущий начало в Амударье и подающий воду Туркменской республике; он пройдет вплоть до Каспийского моря. Теперь в Средней Азии строится целый ряд водохранилищ, которые помогут уменьшить зависимость орошаемого земледелия от естественных колебаний водности рек. На р. Нарын ведется строительство Токтогульской ГЭС с водохранилищем общей полезной емкостью около 13 км3. На Кавказе создано крупное Мингечаурское водохранилище на р. Куре. В целом орошаемое земледелие в СССР по техническому оснащению занимает одно из первых мест. Тем не менее необходимы дальнейшие шаги для повышения его эффективности как в СССР, так и в других странах. В данном случае нас интересует проблема снижения водоемкости орошаемого земледелия. Вода в орошаемом хозяйстве используется далеко не рационально. К-п.д. оросительных систем в ряде случаев еще очень низок. В Средней Азии он достигает 0,4—0,5 (Миркин, 1954). За истекшие 20 лет предпринят ряд мер по повышению к.п.д. оросительных систем, и в настоящее время он, вероятно, повысился до 0,6. Это означает, что менее 2/з воды, отбираемой из рек, попадает на поля, а более Уз теряется в каналах на просачивание, испарение, и подземными путями вода частично возвращается обратно в реки. Путем борьбы с фильтрацией воды из оросительных каналов и создания сети напорных трубопроводов для подачи воды на орошаемые поля удается повысить к.п.д. оросительных систем до 0,7—0,8. И это, по-видимому, не предел. Исследования показывают, что в ряде случаев нормы орошения существенно превышают действительную потребность орошаемых культур в воде. В таких условиях уровень грунтовых вод повышается, на переувлажненных почвах растения угнетаются, урожаи снижаются. Характерно, что в Средней Азии наибольший урожай хлопчатника дают хозяйства, экономно расходующие воду на орошение. Излишества в поливах приводят к засолению почвы и к уменьшению ее плодородия. Д л я того чтобы избежать переувлажнения и засоления почв, создается дорогостоящая дренажная сеть, способствующая отводу лишней воды с полей. Количество воды, расходуемое растениями на транспирацию,
значительно меньше, чем подается на поля при поливав. Так, экспериментальные исследования в Голодной степи /'(Ковда, 1946) дали следующие результаты. Из 12 160 м3/га воды, израсходованной в течение периода вегетации на поле, занятом хлопчатником, непродуктивное испарение составило 6600 м3/га, или 54%, а продуктивное (транспирация) —5560 м3/га (46%). Другой опыт показал, что из общего расхода на испарение в 12 240 м3/га непродуктивное испарение достигало 6350 м3/га (52%), а продуктивное — 5910 м3/га (48%). По моим исследованиям, на 1 га поля орошаемой пшеницы в Южном Заволжье израсходовано воды на суммарное испарение 3970 м3, в том числе непродуктивное испарение составило 1930 м3, или 49% (Львович, 1954). Метод изучения структуры испарения (его продуктивной и непродуктивной частей) довольно сложен, поэтому такие исследования проводятся в недостаточном объеме. Но эти данные говорят о больших возможностях экономии воды за счет снижения непродуктивного испарения. Проведенные мною исследования (Львович, 1954, 1963) показали, что под влиянием полезащитных лесонасаждений, снижающих непродуктивное испарение, можно при значительном увеличении урожая уменьшить норму орошения. В Средней Азии, например, это снижение как минимум возможно на 20—25%, а в степной зоне юго-востока Европейской части СССР — не менее чем на У3. Это значит, что в Средней Азии при норме одного полива в 1000—1200 м3/га можно отказаться от одного-двух поливов из шести, а на юго-востоке — от одного полива из трех, необходимых в этих условиях при отсутствии полезащитных лесонасаждений. В дальнейшем будут открыты и другие пути борьбы с непродуктивным испарением с орошаемых земель. Большая экономия воды достигается за счет механизации поливов, например при орошении с помощью искусственных дождевальных установок. Вследствие более равномерного распределения воды удается снизить поливную норму в среднем в 2 раза в сравнении с ручным способом полива. Перспективны в этом отношении гигантские круговые самоходные оросительные машины. Все это говорит о больших возможностях экономии воды в орошаемом земледелии. По всей вероятности, не будет преувеличением, если норму изъятий воды из рек и подземных вод на орошение мы примем для будущего на 30% меньше, чем в настоящее время, т. е. 9000 м3/га вместо современной величины— порядка 12—14 тыс. м3/га. Для того чтобы оценить объем орошаемого земледелия на перспективу, т. е. примерно на 2000 г., необходимо хотя бы приближенно определить количество сельскохозяйственных продуктов, которое нужно производить, чтобы обеспечить полную потребность людей в пище.
В настоящее время зерновые культуры выращиваются приблизительно на 150 млн. га орошаемых земель. Остальные 60 млн. га орошаемой площади заняты незерновыми (30 млн, га) и техническими (30 млн. га) культурами. Средний урожай зерновых культур на поливных землях с учетом снятия двухтрех урожаев в некоторых районах может быть принят в 3 г/га, что в сумме дает 480 млн. т в год, а незерновых (овощей, бахчевых и т. п.) —порядка 15 т/га. Незерновые культуры в переводе на зерновые в среднем составляют примерно Vs, или 3 т/га, что со всей площади орошаемых земель, занятых незер-новыми культурами, составит в переводе на зерно 90 млн. т. Соответствующие данные для неорошаемых земель: продовольственными культурами ежегодно засевается около 1 050 млн. гаЛ в том числе 430 млн. га зерновыми, которые при урожае около 0,8 т/га дают 340 млн. т зерна. Незерновыми культурами занято примерно 620 млн. га, каждый из которых приносит 2,5 г продуктов, а в пересчете на зерно — порядка 0,5 т, или 310 млн. т со всей илощади под незерновыми культурами. Таким образом, ежегодное производство продовольственных культур в пересчете на зерно достигает на орошаемых землях 570 млн. т, а на неорошаемых — 650 млн. т. В сумме это составляет 1 220 млн. т, или 360 кг в год на одного человека, включая в это число не только хлеб, идущий непосредственно в пищу людей, но также и продукты, расходуемые в животноводстве. Но этого количества недостаточно. По имеющимся данным, почти 1,5 млрд. людей недоедают (Рюле, 1965). Нормальным считается положение, когда на каждого человека приходится 800 кг зерна в год, т. е. в 2 раза больше, чем в настоя* щее время. Из расчета населения в 6,3 млрд. человек ежегодное производство продовольственных культур в пересчете на зерно должно достигнуть примерно 5 млрд. г, т. е. почти в 4 раза больше, чем в настоящее время. Такова задача всего земледелия— орошаемого и неорошаемого. Допуская, что орошаемое земледелие должно обеспечить 40% зерна, или 2 млрд. т, и считая, что урожай повысится до 4 т/га, вероятно, потребуется расширить площадь поливных земель до 500 млн. га. Выше уже был рассмотрен вопрос о будущей норме орошения. Норма водозабора из источников может быть снижена с 13 000 до 9000 м3/га, а количество воды, подаваемой на каждый гектар, — с 9000 до 8000 м3/га. Тогда ежегодные изъятия воды из рек и подземных вод на всю орошаемую площадь в 500 млн. га составят 4500 км3, а общий безвозвратный расход воды на орошение — 4000 км3/год. Напомним, что выше уже было предусмотрено использовав ние на орошение 450 км3 сточных вод. Сточные воды содержат большое количество органических удобрений, поэтому использование их для орошения дает весь-
ма положительный результат, особенно при производстве кормовых культур, необходимых для развития молочно-мясного животноводства. Норма орошения для сточных вод принимается меньшей, чем при орошении чистой водой. Это связано с тем, что орошение сточными водами получит распространение и в умеренном поясе, где требуется меньше воды для производства такого же количества продуктов, чем в степной зоне. Кроме того, норма орошения сточными водами должна быть такой, чтобы вода не стекала с полей обратно в реки. Опыт показывает, что норма орошения сточными водами составляет около 6000 м3/га. Тогда получаем общую площадь орошения сточными водами в 75 млн. га и площадь орошения чистой водой в 425 млн. га. Водозабор чистой воды из рек и подземных источников за счет применения сточных вод для орошения уменьшится до 3800 км3, а безвозвратный расход воды — до 3400 км3. Сказанное об использовании водных ресурсов для орошения в настоящее 'время и на перспективу обобщено в табл. 30. Валовой сбор продовольственных культур увеличится в 3,3 раза при росте площади орошения немногим больше чем в 2,5 раза и при росте забора воды из рек на 1750 км3, или на 70%, и увеличении безвозвратного расхода воды почти на 200 км3, т. е. в 2 раза. Расчет в табл. 30 произведен для продовольственных культур. Вспомним, что 30 млн. га орошаемых земель в настоящее время занято техническими культурами. В будущем для производства этого вида сельскохозяйственных продуктов, по всей вероятности, не потребуется расширения посевной площади. Это предположение исходит из растущей тенденции замены растительных технических продуктов, например растительных волокон, синтетическими. Если допустить, что нормы орошения для технических культур в общем соответствуют расходу воды на орошение продовольственных, то полив 220 млн. га в настоящее время требует изъятия 2800 км3 воды из рек и подземных источников, а безвозвратный расход составляет 2100 км3. В будущем же на орошение 530 млн. га земли вместе с техническими культурами изъятие воды из источников достигнет 4400 км3, а безвозвратный расход — 4000 км3. Необходимо стремиться снизить количество оросительной воды, расходуемой на 1 т сельскохозяйственных продуктов. Этот показатель для продовольственных культур в настоящее время превышает 3000 м31т, а при орошении сточными водами снижается до 1500 м3/т. Насколько важно стремиться к таким показателям, можно видеть из следующего примера. Если бы расход воды на производство 1 т зерна и норма орошения остались в будущем такими же, как и в настоящее время, то безвозвратный водозабор из рек и подземных источников для целей орошения достиг бы 6600 км3, т. е. превысил бы современный почти в 2,5 раза.
Таблица 30 Расход воды на орошение продовольственных культур
км
О. у ЧО f-
о, *
безвозвратный расход
о. о Ю о зн
<и ю Я S в ч ® 2 \о
о.v
с ** о _ ч О ГТ$ да х |
водозат ™ бор из источЯ * Qj ДЗ ников vo к
Урожай зерна
га.
Ежегодный суммарный расход 3воды,
с 1
м !га
валов! МЛН. 7
°л ш ч Площ: МЫХ 3'
Периоды и источники орошения
Норма орошения, ъ
водоза из ис ников
5 3 <\>
CL) щ 5 ч Э ~ о
Современное На перспективу . . В том числе: чистой водой . . сточными водами
190 500
13 0 0 0 9 0 0 0 8 500 7 700
425 75
9 000 8 000 6 000 6 000
2 500 4 250
1 900 3 850
3 800 3 400 450* 450*
570 2 000
3,0 4,0
3 300 1 900
1 700 300
4,0 4,0
2 000 1 500
* Сточные воды после хозяйственно-питьевого использования.
Отсюда видно, насколько велико значение мер, направленных на повышение эффективности использования водных ресурсов в орошаемом земледелии. Это, впрочем, в равной мере относится и к неорошаемому земледелию. Весьма высокий расход воды на единицу зерна, производимый орошаемым земледелием, все же говорит о том, что в целом для земного шара увеличение орошаемых площадей потребуется по мере возможности ограничивать за счет соответствующего увеличения объема и продуктивности неорошаемого земледелия. Такое решение, по-видимому, вполне возможно в более увлажненных районах, где продуктивное сельское хозяйство можно расширять и путем развития неорошаемого земледелия. В общем продовольственную проблему не всегда целесообразно решать за счет орошаемого земледелия в засушливых областях, где на единицу продуктов расходуется очень большое количество воды. В этом отношении мелиоративным системам двойного действия, предусматривающим осушение в периоды избытка влаги и орошение в периоды ее недостатка, по всей вероятности, будет отдаваться предпочтение, поскольку такие системы могут развиваться в районах переменного и избыточного увлажнения, где испаряемость невысока, поэтому низки коэффициенты транспирации и общий расход воды на единицу продовольственных культур. РАСХОДЫ ВОДЫ НА НЕОРОШАЕМОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ
В современной практике водного хозяйства расход воды на производство растительной массы на неорошаемых полях не принимается во внимание. Какого-либо основания для такого
подхода нет, разве что этот расход воды протекает незаметна (вода не черпается непосредственно из рек и подземных источников, как это практикуется в орошаемом земледелии). В агрономии принимаются меры в целях оптимального обеспечения пахотных земель ресурсами почвенной влаги, и для этой цели в районах недостаточного и переменного увлажнения много делается для задержания воды на полях. Однако влияние этих мер на водный баланс не принимается во внимание, что нельзя признать обоснованным. Это можно видеть из того, что на производство растительной массы на пахотных землях С С С Р ежегодно расходуется примерно 250 км3 воды, т. е. больше, чем на все виды водоснабжения и на орошение, взятые вместе. Важно, что этот расход не остается постоянным и в общем растет по мере улучшения агротехники и увеличения урожаев. В засушливых районах Европейской части С С С Р дополнительное увлажнение пахотных земель за счет задержания поверхностного стока возросло за последние десятилетия не меньше чем на 15—20 км3!год, а расходование воды на производство растительной массы соответственно увеличилось. Много это или мало, сказывается ли этот расход на водохозяйственном балансе? Мы уже привыкли оперировать с кубическими километрами воды и, может быть, стали забывать, что один кубокилометр — это миллиард кубических метров. Достаточно сказать, что на водоснабжение всех городов и промышленности в С С С Р безвозвратно расходуется немногим более 12 км3 в год, т. е. меньше, чем дополнительно ежегодно задерживается на пахотных землях южных районов Европейской части СССР. Ресурсы почвенной влаги в конце концов умножаются за счет ресурсов речного стока. Связь здесь очевидна: дополнительное увлажнение неорошаемых полей происходит путем задержания воды, стекающей с полей. Эта вода, попадая в реки, образует паводочный сток. Чем больше воды задержано на полях, тем меньше воды попадает в реки. Иногда возникает вопрос: выгодно или невыгодно для людей такое перераспределение водных ресурсов — увеличение объема почвенной влаги за счет паводочного речного Стока? Д а , несомненно выгодно, потому что расходование воды на производство растительной массы сельскохозяйственных продуктов принадлежит к наиболее высоким формам использования водных ресурсов. Другие виды использования водных ресурсов (например, судоходство, гидроэнергетика, некоторые виды промышленного производства) могут быть заменены менее водоемкими: судоходство — сухопутным транспортом, гидроэнергетика — теплоэлектростанциями, отдельные виды производства можно перевести на «сухую» технологию. Но заменить воду в производстве растительной массы нельзя. Более того, по мере увеличения валового урожая растительной массы растет и расход воды, необходимой для ее производства. Правда, этот рост происходит не строго пропор-
ционально увеличению урожая. Как и в орошаемом земледелии, по мере усовершенствования методов агрономии уменьшается расход на единицу растительной массы, но суммарный расход воды растет. Расчет количества воды, расходуемой на производство растительной массы, можно сделать следующим способом. Прежде всего необходимо определить рост площади пашни под продовольственными культурами, затем — погектарный урожай зерна для условий будущего. По всей вероятности, урожай увеличится примерно в 3 раза и достигнет 1,8 т/га. Этому должны способствовать улучшение агротехники, широкое применение удобрений и селекционные работы, направленные на отбор более высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур, эффективная борьба с вредителями и другие меры. Исходя из этих соображений площадь пашни на земном шаре потребуется увеличить до 1,7 млрд. га. В дальнейшем расчете будем исходить из потребления воды на образование наземной растительной массы. В настоящее время при среднем урожае зерна в 0,62 т/га вес растительной массы, включая солому, оценивается примерно в 2 т/га. Если принять коэффициент транспирации, равный 300, который означает, что на производство 1 т растительной массы транспирируется 300 л/3 воды, то продуктивный расход воды с одного неорошаемого гектара составит 600 м3. Общий расход воды с 1 га, учитывая, что непродуктивное испарение составляет половину суммарного, достигает 1200 м3, а с площади в 1050 млн. га— 1260 км3. Будем считать, что при производстве в будущем 3 млрд. т зерновых продуктов на неорошаемых землях урожай наземной растительной массы с 1 га составит 4 г. В результате целого ряда мер по повышению продуктивности земледелия коэффициент транспирации в будущем должен быть уменьшен: на 1 т наземной растительной массы — 250 м3 воды вместо 300 в настоящее время. При таком коэффициенте продуктивное испарение достигнет 1000 м3/га; принимая непродуктивное испарение несколько ниже современного — 500 м3/га, получим суммарный расход на испарение с 1 га — 1500 м3. При площади пашни, занятой продовольственными культурами, в 1,7 млрд. га суммарный расход воды на неорошаемых землях составит около 2500 км3/год вместо 1260 в настоящее время, т. е. возрастет примерно в 2 раза (табл. 31). Расход воды на 1 га посевной площади повысится на 300 м3, а на произ(водство 1 т зерна уменьшится приблизительно более чем 1000 м3. Нужно помнить, что произведенный расчет расходования воды на неорошаемых землях сделан для продовольственных культур. К нему нужно прибавить расход воды со 120 млн. га, занятых техническими культурами. Если допустить, что последние расходуют столько же воды, сколько зерновые, то на про-
изводство технических культур в настоящее время ежегодно требуется примерно 140 км3, а в будущем понадобится 180 км3. Тогда общий современный расход воды на неорошаемых землях составит 1400 км3, а 'в будущем увеличится до 2700 км3, т. е. приблизительно на 1300 км3. Таблица 31 Приближенная оценка расходования воды на производство растительной массы продовольственных культур (в переводе на зерно) на неорошаемых полях Урожай зерна Периоды суммар ный, млн. т
В настоящее время На перспективу Разность
с 1 га, т
Площадь пашни, млн. га
Расход воды на производство растительной массы суммарный, км3
на 31 га,
на 1 т зерна, м3
м
650
0,62
1 050
1 260
1 200
1 940
3 000
1,80
1 650
2 500
1 500
830
+ 2 350
+ 1,18
+ 600
+ 1 240
+ 300
— 1 110
Этим не исчерпывается расход воды на производство растительной массы. Повышение продуктивности лугов и пастбищ, занимающих 2,6 млрд. га, также служит причиной увеличения расходования воды. Если расход воды увеличится на 100 км3, то общий рост расхода воды на пахотных неорошаемых землях и на лугах и пастбищах составит примерно 1400 км3. На эту величину возрастет испарение с суши. Приведенный расчет является, конечно, весьма приближенным. Его задача заключается не столько в получении конкретных данных о динамике расходования воды неорошаемым земледелием, сколько в выявлении общей тенденции — уменьшения расходования воды на единицу сельскохозяйственного производства, но при общем увеличении суммарного расхода воды на производство растительной массы, учитывая, что продуктивность каждого гектара пашни повысится приблизительно в 3 раза, а суммарное производство зерна — в 4—5 раз. В качестве одного из эффективных способов уменьшения расхода воды на производство единицы растительной массы и повышения в целом доли продуктивного испарения в районах недостаточного увлажнения могут служить системы полезащитных лесных полос, о которых сказано выше в связи с орошаемым земледелием. Многочисленные опыты, проведенные в лесостепной и степной зонах Европейской части СССР, показывают, что на полях среди клеток лесных полос урожаи повы-
шаются для разных зерновых культур в пределах от 3 до 7 ц/га. Столь эффективное действие лесных полос связано с несколькими причинами, среди которых основное значение имеют их снегозадерживающее действие, благодаря чему почва лучше обогащается весной ресурсами влаги, а также снижение непродуктивного испарения в период вегетации, в результате чего больше почвенной влаги расходуется продуктивно на транспирацию (Львович, 1963). Вот почему в планах развития земледелия в районах недостаточного увлажнения важно предусматривать более быстрые темпы полезащитного лесоразведения. Теперь нужно установить, за счет каких источников водных ресурсов увеличится испарение с пахотных земель. В хорошо увлажненных районах, где наблюдается избыток почвенной влаги, увеличение расхода воды на производство растительной массы идет за счет ресурсов почвенной влаги. В таких районах количество испаряющейся воды в основном лимитируется тепловыми ресурсами. Поскольку они в общем остаются неизменными, постольку и суммарное испарение не может существенно измениться, причем различие испарения с современной и будущей, более урожайной пашни будет тем меньше, чем испарение ближе к испаряемости. В таких условиях различие может лишь заключаться в направлении расходования ресурсов почвенной влаги. Если в настоящее время значительная ее часть расходуется непродуктивно, то в условиях будущего повышение расходования воды на урожай будет происходить за счет увеличения доли продуктивного испарения. Но совсем другой характер приобретает источник увеличения расходования воды, связанный с повышением продуктивности неорошаемого земледелия в районах недостаточного увлажнения. Здесь рост испарения связан с дополнительным увлажнением полей за счет других источников водных ресурсов. Таким источником, как было сказано, является поверхностный сток, представляющий в засушливой зоне непроизводительную потерю воды для пахотных земель и служащий причиной смыва почвенного покрова и образования оврагов. В земледелии предпринимается ряд мер по борьбе с этими потерями воды для увеличения ресурсов почвенной влаги за счет задержания поверхностного стока. Так, в СССР в результате широкого применения зяблевой пахоты и некоторых других более совершенных приемов земледелия ресурсы почвенной влаги на пахотных землях степных и лесостепных районов удалось повысить на 15—20 км3/год, а в 80-х годах они, по-видимому, возрастут до 30—40 км3. Такое умножение ресурсов почвенной влаги происходит за счет паводочного речного стока, который соответственно уменьшается. Площадь пахотных земель на земном шаре распределена
относительно равномерно между увлажненными и засушливыми территориями. Исходя из этого половина из 1400 км3 воды, которая будет дополнительно расходоваться на производство растительной массы на неорошаемых землях, относится к районам избыточного увлажнения, а половина — к засушливым районам, где в качестве источника умножения ресурсов почвенной влаги используется поверхностный сток. Следовательно, дополнительное увлажнение пахотных земель районов недостаточного увлажнения на 700 кмъ1год будет сопровождаться соответствующим уменьшением речного стока в этих же районах. В целом для земного шара это небольшой расход, но для некоторых засушливых районов, где водохозяйственный баланс и без того напряжен, расходование воды на производство растительной массы представляет весьма заметную статью водного бюджета. В заключение раздела о расходовании воды земледелием следует высказать некоторые соображения, связанные с его географическим размещением. В основе решения этой проблемы, как подсказывают результаты расчетов будущего водных ресурсов, должен лежать принцип минимальных затрат воды на единицу растительной массы при достаточно высокой продуктивности пашни. Наиболее благоприятные условия для решения этой задачи относятся отнюдь не к относительно теплым и засушливым районам, где ресурсы почвенной влаги часто бывают недостаточны для оптимального развития и роста культурных растений. В таких условиях невысок и к.п.д. удобрений, которые эффективны в виде растворов, но почвенной влаги для создания благоприятных условий усвоения пищи растениям часто не хватает. Вместе с тем в ряде районов зоны избыточного увлажнения умеренного пояса (например, в Советском Союзе в прибалтийских республиках, в Белоруссии, в Псковской, Новгородской, Ленинградской областях и в ряде других районов) тепловые ресурсы вполне достаточны для выращивания зерновых культур. Не случайно Эстонская ССР вышла в нашей стране на одно из первых мест по урожайности зерновых культур. Об этом же говорит и зарубежный опыт: в Финляндии, Бельгии, Нидерландах выращиваются высокие, а в двух последних странах, вероятно, рекордные урожаи. Большое значение в решении этой проблемы имеют мелиоративные системы двойного действия. Здесь с управляемым водным режимом сочетается управляемое питание растений минеральными удобрениями. Наряду с высоким агрономическим эффектом такая система земледелия обеспечивает минимальный расход воды на единицу производимой продукции, а это чрезвычайно важно при необходимости экономить воду. Вот почему в некоторых районах северо-запада Европейской части СССР можно производить зерновые и кормовые культуры в больших масштабах при минимальных затратах воды и,
вероятно, при высоком экономическом эффекте. Подобные возможности, по-видимому, существуют и в Канаде. В тропическом поясе аналогичным условиям отвечают влажная саванна и приэкваториальные леса, где (например, в Юго-Восточной Азии) широко развито рисосеяние, требующее в таких климатических усло'виях минимальных затрат воды. Это объясняется тем, что фактическое испарение в таких увлажненных районах приближается к испаряемости, которая здесь невелика. ГИДРОЭНЕРГЕТИКА И СУДОХОДСТВО
Д л я выработки гидроэнергии и для судоходства на реках и озерах используется проточная вода, в основном без ее изъятия из речных систем. Тем не менее и с этими видами использования водных ресурсов связаны некоторые потери за счет испарения с водохранилищ, создаваемых при большей части гидроэлектростанций. В прошлом водохранилища возводились для поддержания судоходных глубин на реках в периоды маловодья и регулирования речного стока для орошаемого земледелия. Но в настоящее время водохранилища часто создаются для гидроэнергетических целей. К числу комбинированных гидроэнергетических и ирригационных сооружений относится Мингечаурское водохранилище на р. Куре, строящееся Нурекское водохранилище на р. Вахш, Асуанское водохранилище на Ниле, водохранилища на р. Колорадо в США и др. Водохранилищ, обеспечивающих водой только одну отрасль хозяйства (орошение или судоходство), теперь сравнительно мало. Почти во всех случаях напор воды, создаваемый плотинами, используется и для гидроэнергетических целей. Потери воды в водохранилищах связаны с повышенным испарением с их акватории в сравнении с расходом на испарение с суши до ее затопления. На каскадах водохранилищ рек Волги, Камы и Днепра, включая и Цимлянское водохранилище на Дону, общие потери за счет дополнительного испарения составляют около 10 кмъ/год. Эти водохранилища занимают площадь около 35 км 2 . Следовательно, слой возросшего испарения достигает около 300 мм. Суммарные потери на испарение с акватории водохранилищ земного шара в настоящее время оцениваются примерно в 160 кмъ, слой дополнительного испарения составляет в среднем для всех водохранилищ 530 мм. Эта величина, по-видимому, несколько преуменьшена. Вряд ли она в среднем меньше 600 мм. На основании этого мы можем принять суммарные дополнительные потери на испарение с водохранилищ в 180 км3/год. Это соответствует лишь 1% устойчивого стока рек земного шара, но примерно на 80 км3 превышает современный безвозвратный расход воды на все виды водоснабжения
(см. табл. 29 на стр. 334). Объем этих потерь уже сейчас весьма значителен, но, учитывая перспективы развития водохранилищ, их вес в водохозяйственном балансе будет еще более ощутимым. В конце концов с помощью водохранилищ и другими способами потребуется зарегулировать весь паводочный сток рек. Однако к концу текущего — началу будущего столетия вряд ли это окажется возможным и необходимым. По всей вероятности, достаточно будет в течение ближайших 30 лет создать водохранилища общей полезной емкостью порядка 4—5 тыс. км3, т. е. в 2,5 раза больше полезного объема всех существующих водохранилищ. Такой объем позволит дополнительно зарегулировать около 3500 км3 паводочных вод. Но принцип размещения водохранилищ должен быть другим по сравнению с практикующимся в настоящее время. Сейчас в интересах гидроэнергетики предпочитают строить плотины и создавать водохранилища в местах, где речной сток сосредоточивается и позволяет получить много электроэнергии, т. е. главным образом в нижнем течении рек. Водохранилища, основная роль которых заключается в регулировании речного стока для решения комплексных водохозяйственных задач, целесообразно в первую очередь создавать в верхнем течении рек. На больших речных магистралях емкость водохранилищ должна быть достаточной только для регулирования той части стока, который не удается зарегулировать водохранилищами, расположенными на притоках и в верховьях. При таком подходе емкость водохранилищ в нижнем течении рек будет минимальной и позволит сберечь земельные ресурсы от излишних затоплений, неизбежных при создании водохранилищ в интересах гидроэнергетики для регулирования всего стока. В связи с растущей ценностью земельных ресурсов должны быть предприняты меры для максимального уменьшения площади, занятой водохранилищами, которые часто создавались с некоторыми излишествами. Площадь затоплений для будущих водохранилищ можно примерно оценить исходя из соотношения: 1 км3 полезной емкости требует затопления примерно 120 км2 территории вместо 150 км2 для всех ранее построенных водохранилищ. Тогда вновь сооруженные к 2000 г. водохранилища на земном шаре займут площадь порядка 600 тыс. км2, а вместе с существующими, площадь которых будет также постепенно уменьшаться за счет ограждения мелководных частей, — приблизительно 850 тыс. км2. Полезная емкость всех водохранилищ составит примерно 7000 км3. Ежегодные потери воды вследствие большего испарения с акваторий водохранилищ в сравнении с испарением с территории до ее затопления к 2000 г. достигнут примерно 500 км3 и возрастут в 2,8 раза. Потери воды на испарение с водохрани-
лищ весьма значительны, и с ними нельзя не считаться в водохозяйственном балансе. Тем не менее эта причина, а также потери земельных ресурсов—но, конечно, в минимальном объеме—не могут служить препятствием для создания 'водохранилищ. Они жизненно необходимы, и их роль в преобразовании круговорота воды будет непрерывно расти. В перспективе с помощью водохранилищ ресурсы устойчивого стока с 14 тыс. км3 увеличатся до 17—18 тыс. км3. В будущем темпы сооружения подземных водохранилищ путем искусственного восполнения запасов подземных вод и интенсификации литогенного звена круговорота воды будут, вероятно, опережать появление поверхностных водохранилищ. Подземные водохранилища, как это понятно, не будут иметь значения для гидроэнергетики и судоходства, но их значение исключительно велико для разрешения проблемы водоснабжения, поскольку вода таких водохранилищ будет предохранена от загрязнения. Мировая выработка энергии всеми тепловыми и гидравлическими электростанциями в настоящее время достигает 3 300 млрд. квт-ч в год. Гидроэлектростанции ежегодно вырабатывают примерно 300 млрд. квт-ч. К 2000 г., как уже было показано, выработка энергии на тепловых электростанциях достигнет 50 000 млрд. квт-ч в год. Допуская, что доля производства электроэнергии гидравлическими станциями в будущем снизится за счет более быстрого развития теплоэлектростанций, мировая выработка энергии на гидроэлектростанциях достигнет приблизительно 8 — 1 0 трлн. кет при общей установленной мощности всех ГЭС 1,1 —1,2 млрд. кет. Это составит почти 7з мировых потенциальных гидроэнергетических ресурсов, равную около 33 000 млрд. квт-ч ежегодной отдачи энергии при средней годовой мощности в 3,5—4 млрд. кет. Сейчас используется менее 2% потенциальных гидроэнергоресурсов. Отсюда видно, как велики возможности дальнейшего развития гидроэнергетики. На подпертых плотинами бьефах и при регулировании стока водохранилищами создаются весьма благоприятные условия для дальнейшего развития судоходства. Общая протяженность судоходных путей в СССР превышает 140 тыс. км; почти на половине этой длины гарантированы определенные глубины, позволившие повысить интенсивность водного транспорта. Судоходство нуждается в специальном расходовании воды, кроме потерь с водохранилищ, только на шлюзованных реках. Этот расход сравнительно невелик. Для волжского каскада он в среднем составляет 1,26 км3/год, для днепровского — в 2 раза меньше — 0,63 км3/год (Турчинович, 1961). Этот расход для всех рек земного шара вряд ли может быть больше 20—25 км3, причем он должен быть отнесен к самому нижнему по течению водохранилищу на данной реке. В основном этот вид расходо-
вания воды наносит ущерб гидроэнергетике, поскольку вода, используемая для шлюзования судов, минует турбины ГЭС. Но, как мы видим, объем этих потерь относительно весьма невелик. Сплав леса в СССР осуществляется на реках общим протяжением около 120 тыс. км. Недостаток этого вида транспорта заключается в том, что древесина тонет и захламляет реки. Особенно это относится к молевому сплаву. По этой причине молевой сплав заменяется сплавом леса плотами. РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Неблагоприятное влияние на рыбное хозяйство оказывает загрязнение речных и морских прибрежных вод сточными водами и нефтяными продуктами, а также сооружение плотин, преграждающих путь проходным рыбам. Можно ли избежать загрязнения речных и озерных вод, неблагоприятно влияющего на воспроизводство рыб в реках и водоемах? Д а , несомненно. Одним из важных признаков состояния водного компонента среды служит воспроизводство рыбы. В СССР разработаны Основы водного законодательства Союза ССР, которые служат соответствующим законодательством союзных республик. Принято специальное постановление Центрального Комитета КПСС и Со'вета Министров СССР «О мерах по предотвращению загрязнения бассейнов рек Волги и Урала» (Правда», 17 марта 1972 г.). Аналогичные меры предпринимаются и на других реках. В результате принятых мер в последние годы рыбная продуктивность в низовьях Волги и на некоторых других реках стала повышаться. К числу таких мер относятся уменьшение загрязнения, создание осетровых рыбоводных заводов, деятельность которых направлена на воспроизводство рыб. В разделе «Вопросы водоснабжения» было показано, что эффективный метод борьбы с качественным истощением водных ресурсов должен также заключаться в переводе промышленных предприятий на оборотное водоснабжение и в использовании городских сточных вод на орошение земледельческих полей, и для водоснабжения промышленности. Все это позволяет ориентироваться на прекращение сброса в реки сточных вод. Значение этой проблемы чрезвычайно велико, она имеет отношение не только к воспроизводству рыбы, поэтому к некоторым ее аспектам я вернусь ниже в специально ей посвященном разделе. В последние годы во многих районах мира в связи с широким применением ядохимикатов (инсектицидов — для борьбы с вредными насекомыми, гербицидов — для борьбы с сорняками, дефолиантов — для предуборочного обезлиствения растений, например при механизированной уборке хлопчатника)
большие пространства пахотных земель, лесов, садов, речные поймы и прибрежные мелководные части озер в целях борьбы с малярией в той или иной мере также подвергаются отравлению. Ядохимикаты, внесенные на поверхность почвы и на растения, во время ливней или при снеготаянии смываются и вместе с поверхностным стоком попадают в реки и озера. Бороться с этими отрицательными явлениями нужно путем строгого нормирования применения ядохимикатов. Требуется постановка соответствующих научно-исследовательских работ в целях предупреждения ущерба, который может быть нанесен загрязнением водных ресурсов. Что касается плотин, явно наносящих ущерб воспроизводству проходных рыб, то следует отдать себе ясный отчет в том, что никто, конечно, не предлагает отказаться от их строительства. Но строительству плотин должно предшествовать сооружение рыбоводных заводов, мелиорация нерестилищ и другие меры, задача которых — приспособить рыбное хозяйство к новым условиям, создаваемым плотинами и водохранилищами. Сейчас это практикуется, но рыбоводные заводы необходимо строить заблаговременно, и начало их действия должно опережать строительство плотин, что вполне осуществимо в условиях планового хозяйства. Теперь остается определить, требуется ли планировать специальный расход воды на нужды рыборазведения и рыбного хозяйства. Такой расход воды необходим для специализированных «рыбных» попусков из водохранилищ, для прудового рыборазведения и для восполнения расходов воды на испарение с водохранилищ. Последний расход воды мы уже учли в предыдущем разделе. Что же касается пер'вых двух видов потерь, то в абсолютных величинах они не могут быть существенными. По грубой оценке, безвозвратный мировой расход воды на рыборазведение и спортивное рыболовство в настоящее время составляет примерно 15 км3/год, а в перспективе возрастет до 75—100 км3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ДЛЯ ОТДЫХА И ТУРИЗМА
Отдых на воде — на реке, озере, водохранилище — очень приятен. Многих привлекают маршруты, совершаемые на теплоходах по Волге, Каме, Волго-Донскому и Волго-Балтийскому каналам. Не менее приятны путешествия на лодках, байдарках, с остановками в палаточном лагере. В будущем использование рек, озер и водохранилищ для отдыха и туризма возрастет в десятки раз. Нет нужды в особом обосновании этого бесспорного и очень важного направления использования водных ресурсов.
Но прежде следует определить требования, предъявляемые туризмом к водным ресурсам, и оценить количество воды, необходимое для этой цели. В будущем потребуется расширение специальных зон отдыха, организация ландшафтных заповедников и спортивного рыболовства. Такие зоны нужно выбирать в стороне от индустриальных центров, где вода в реках и озерах не была бы загрязненной. С учетом принятых основных принципов использования и охраны водных ресурсов проблема сохранения чистой воды в реках, озерах и водохранилищах решается кардинальным образом. Но правила прекращения сброса сточных вод в реки и водоемы должны особенно строго соблюдаться в зонах отдыха. Это касается и ограничений в применении ядохимикатов "в сельском и лесном хозяйствах. Спорт и туризм требуют затрат некоторого количества воды в связи с выделением рек и озер в особую зону отдыха, а там, где нет естественных водоемов, создания специальных водохранилищ. На таких водохранилищах, как и на большей части проточных озер, амплитуда колебания уровней должна быть минимальной. Следовательно, необходимо для этой цели резервировать воду. Методика планирования водных ресурсов для отдыха и туризма еще не разработана. Отыскивая пути решения этой проблемы, я исхожу из следующих соображений. 1. Реки, озера и водохранилища в пределах выделенных зон отдыха должны особенно строго оберегаться от загрязнения. 2. Забор воды из рек, озер и водохранилищ в пределах зон отдыха необходимо регулировать, с тем чтобы уменьшилась амплитуда естественных колебаний уровня воды. 3. Эксплуатация лесов и лесонасаждений в зонах отдыха может производиться лишь в пределах, обеспечивающих сохранение и улучшение водоохранных свойств леса. Следует затронуть еще один вопрос, имеющий прямое отношение к водной проблеме. Речь идет о моральном долге каждого взрослого и подростка соблюдать ряд правил по охране водных ресурсов, а также растительности и животных. Об этом много пишется в периодической печати, издаются специальные книги, посвященные этой проблеме (Арманд, 1966; «Дороже золота», 1962, и др.), но улучшение наступает медленно. Почему-то считается, что только преподаватели географии и естествознания должны воспитывать у детей бережное отношение к природе. Такой подход нельзя признать правильным. Учитель любой специальности должен любить природу, понимать ее и прививать детям такую же любовь. Вопросы охраны природы должны найти полнокровное освещение в учебных планах и программах университетов, педагогических институтов, педагогических училищ и, что особенно важно, в средней школе. Любовь к природе, чувство ответственности за ее сохранность
необходимо прививать детям начиная с дошкольного возраста. В связи с этим стоят важные задачи соответствующего воспитания детей в дошкольных учреждениях и особенно в каждой семье. Столь же бережное отношение к природе должны проявлять организации, эксплуатирующие природные ресурсы — землю, леса, воды: правильно обрабатывать землю, не допускать вырубок леса сверх естественного прироста, охранять лесные почвы от поранений в процессе промышленных рубок и соблюдать целый ряд других мер по охране водных ресурсов. ВАРИАНТЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОГНОЗОВ
После краткого обзора различных направлений использования водных ресурсов в настоящее время и в будущем необходимо проанализировать варианты прогнозов и обобщить полученные выше приближенные результаты расчетов расходования воды в условиях будущего. Д л я этого вернемся к табл. 29 (стр. 334). Первый из вариантов прогноза расходования воды на цели водоснабжения, исходящий в основном из современных принципов использования и охраны водных ресурсов, как это вполне очевидно, должен быть признан неприемлемым. Действительно, образование 6 тыс. км3 сточных вод или даже в 2—3 раза меньшего количества допустить нельзя, так как это привело бы, как уже говорилось, к истощению водных ресурсов, во всяком случае в наиболее обжитых и экономически развитых районах мира. Современные и даже более совершенные приемы очистки сточных вод по указанным причинам не позволят полностью устранить это неблагоприятное явление. Второй вариант, исходящий из более рациональных принципов использования водных ресурсов, дает вполне приемлемые результаты — исключает попадание в реки и водоемы какихлибо сточных вод. Это приводит к увеличению безвозвратного расхода на водоснабжение приблизительно в 1,5 раза против первого варианта, но зато позволяет сберечь все ресурсы пресных вод от качественного истощения. Такое направление проблемы исключительно важно, так как фундаментально решает наиболее сложный вопрос — устранение угрозы качественного истощения водных ресурсов. Увеличение же расходования водных ресурсов на цели водоснабжения приблизительно с 1000 км3 по первому варианту прогноза до 1500 км3 — по второму, т. е. на 500 км3, составит 1,3% полного речного стока и менее 3% устойчивого стока, который к 2000 г. будет существенно умножен в сравнении с современным (см. гл. X). Оба варианта представляют собой крайние результаты. Оценивая второй из них, следует отметить, что я его рассматри13 - 4 8 9 7
353
ваю как несколько идеализированный, однако в основном реально осуществимый, особенно если удастся разрешить проблему массовой регенерации сточных вод городов и тех промышленных предприятий, которые нельзя перевести на «сухую» технологию. Тем не менее приблизительно через 25—30 лет я считаю наиболее реальным такой вариант, который занимает промежуточное положение между обоими вариантами прогнозов. Однако по условиям необходимости улучшения водного компонента среды следует, по-'видимому, стремиться к такой ситуации, которая близка ко второму варианту прогноза, т. е. в основном решение за указанный срок проблемы прекращения сброса сточных вод в реки и водоемы. В табл. 32 сведены рассмотренные в предыдущих разделах данные о современном и будущем мировом расходовании водных ресурсов. Привлекает внимание тот факт, что наиболее емким потребителем водных ресурсов является орошаемое земледелие. По приближенным оценкам, в настоящее время этой отраслью хозяйства расходуется около 2000 км3 воды, а в будущем ожидается увеличение этого объема в 2 раза. Расходование воды на производство продовольственных продуктов, несомненно, относится к высшей форме использования водных ресурсов, но нельзя не учитывать, что орошаемое земледелие принадлежит к числу наиболее водоемких отраслей хозяйства. Оно останется таким в условиях будущего, хотя в перспективном прогнозе предусматривается существенное снижение расходования воды на единицу веса продукции (см. табл. 30 на стр. 341). Реальные пути для решения этой важной проблемы имеются, хотя сейчас, конечно, трудно сказать, в каких масштабах это окажется возможным. Но в расходовании воды орошаемым земледелием существует некоторый резерв, позволяющий рассчитывать на некоторое уменьшение ее потребления на эти нужды. Имеются в виду отмеченные выше принципиальные возможности изменения географии орошаемого земледелия путем перемещения его в более увлажненные районы умеренной зоны. Другой резерв — синтетическая пища и синтетические материалы, например замена растительного волокна. В этом направлении уже многое осуществлено, но трудно решить, в каком масштабе возможно решение этой проблемы и какое количество воды потребуется израсходовать на эту отрасль промышленности, если она получит развитие,—больше или меньше, чем в естественных условиях. Этот вопрос остается пока открытым, поэтому в приведенном прогнозе расчет исходит из удовлетворения потребностей людей естественной пищей, что (по крайней мере сейчас) представляется более привлекательным. Подобный резерв относится и к неорошаемому земледелию, которое требует увеличения расходования воды к 2000 г., по приблизительным расчетам, на 700 км3/год. Последняя цифра рассматривается как весьма приближенная, так как проблема
увеличения расходования воды неорошаемым земледелием по мере роста его продуктивности наиболее подробно изучена только в СССР и на отдельных примерах — в Польше, ГДР, ФРГ и США. Методические основания и выводы других авторов и мои по этой проблеме кратко освещены в гл. X. Как видно из данных табл. 32, расход воды для удовлетворения всех потребностей человечества возрастет по водозабору примерно в 2 раза, а по безвозвратному расходу — почти в 3 раза, включая в будущий расход и количество воды, которое должно быть переведено из поверхностного стока в почвенную влагу для дополнительного увлажнения пахотных земель. 6300 км3/год— потребность в воде (безвозвратный расход) всех отраслей хозяйства примерно к началу 2000 г. при 14 000 км3 устойчивого стока в настоящее время. Если же ориентироваться на устойчивый сток будущего (см. табл. 35 на стр. 397), то безвозвратный расход воды на все нужды человечества составит менее доступных для использования водных ресурсов. При этом наши расчеты в отношении потребностей в воде на некоторые нужды, по-видимому, преувеличены. Это, например, относится к орошаемому земледелию, потребующему, по моим предположениям, в 2000 г. около 4000 км3. Общий рост расходования (безвозвратного) мировых водных ресурсов увеличится в 3 раза при допущении, что индекс роста валового продукта промышленности за этот же срок возрастет примерно в 15 раз, а население — почти в 2 раза, но при существенно более полном обеспечении водой каждого жителя и, наконец, при коренном улучшении водного компонента среды, окружающей людей. Это показывает, что проблема обеспечения водой может быть решена довольно экономично. Однако я считаю полученные на перспективу результаты скорее преувеличенными, чем преуменьшенными. Основанием для такого предположения кроме сказанного выше являются неограниченные возможности научного и технического прогресса. Самое важное условие на пути решения проблемы — уделяемое ей должное внимание. Но в этом отношении произошел перелом, и сейчас в большей части стран мира придается большое значение проблеме природной среды и охраны природы. В стадии разрешения находятся международные аспекты проблемы. Ряд международных организаций уделяет внимание водному компоненту среды и охране водных ресурсов. Но мне все же представляется, что в решении этой проблемы отсутствует достаточная целеустремленность, объединение усилий единой международной программой. Основные положения этой программы заключаются в следующем: прекращение сброса сточных вод в реки на основе повторного использования городских сточных вод и «безводной» технологии промышленного производства, снижение расходования воды на единицу продукции, особенно весьма водоемкой сельскохозяйственной, 13*
355
и, наконец, расширенное воспроизводство водных ресурсов с созданием систем управляемых водных ресурсов и водного баланса, а также умножения тех видов водных ресурсов, которые наиболее доступны для использования. Как уже было показано, при условии проведения в жизнь этих принципов человечеству не угрожает водный кризис. Имеющихся водных ресурсов, особенно если учесть возможности преобразования водного баланса, вполне достаточно, чтобы обеспечить все потребности человечества в течение долгого времени. Основной вывод относится и к более отдаленному будущему (за пределами 2000 г.), когда устойчивый речной сток вместе с магазинированными подземными водами достигнет 30 тыс. км3, а это принципиально вполне возможно. Исходя из прибавки расходования воды в течение последних десятилетий текущего столетия можно определить, что традиционных водных ресурсов, т. е. речных и подземных вод, хватит примерно на 10— 15-кратный рост потребностей в сравнении с той прибавкой, которая выявлена к 2000 г. Это означает, что водных ресурсов достаточно для обеспечения во много раз большего населения, чем оно будет в 2000 г. Это, конечно, очень грубая прикидка, но вряд ли она преувеличена, так как исходит из дальнейшего Таблица 32 Современное и будущее расходование водных ресурсов,
.
3 625
Объем загрязненных ьод
Сброс сточных вод
1 500 1 050 ** 0 3 950 4000**** 400*** 1 200 1 200 0 700 700
0
0
160
0
0
500
500
15
50
0
175
85
90
О
.
65
470 5 580 0 700 ***
6 825
6 335
490
0
2 405
1 220 5 580
0
О
* ** *** **** *****
.
170
130 2 100 500 0
О
Всего
600 2 800 500 0
О О
Водоснабжение (все виды) * . Орошение Неорошаемое земледелие ***** Гидроэнергетика и судоходство . Рыборазведение и спортивное рыболовство . .
о о
Безвозвратный расход
О
На перспективу *
Объем загрязненных вод Водозабор из источников
S 2 S« а"1 Я
Сброс сточных вод
Виды использования
Безвозвратный расход
Современное состояние
км3
Второй в а р и а н т прогноза. И с к л ю ч а я 450 км3 сточных вод, используемых на орошение. Несколько з а г р я з н е н н ы е возвратные воды после орошения. В к л ю ч а я 450 км3 сточных вод, используемых на орошение. В числителе — п р и б а в к а воды, расходуемой на н е о р о ш а е м ы х з е м л я х , за счет речного стока поверхностного происхождения в сравнении со стоком за прошлое в р е м я ; в з н а м е н а т е л е — т о ж е в сравнении с современным стоком.
прогресса в использовании и преобразовании водных ресурсов, предела которого не существует. Несомненно, будут найдены пути более рационального использования водных ресурсов, более совершенного управления круговоротом воды, еще более широкого перевода отраслей промышленности на «сухую» технологию. Тогда преобразованный водный баланс позволит обеспечить водой еще большее население земного шара. Возникнет ли такая ситуация, когда все возможности обеспечения водой будут исчерпаны и недостаток водных ресурсов будет лимитировать дальнейший рост населения и дальнейшее развитие экономики? Нет, не возникнет. Напомним о возможностях дальнейшего прогресса в методах использования водных ресурсов и их преобразования, что нужно рассматривать как весьма серьезный резерв, учитывая который, может быть, и не потребуется (во всяком случае в пределах десятилетий) использование других источников водных ресурсов. Но в дальнейшем если человечество полностью использует традиционные водные ресурсы, то остаются еще другие источники водных ресурсов, к массовому использованию которых еще не придется в больших масштабах прибегать в ближайшие десятилетия. Речь идет об опреснении морских вод и глубинных подземных рассолов, а также об использовании водных ресурсов полярных ледников. В дальнейшем по мере развития техники опреснения и по мере роста энергетической вооруженности этот метод обеспечения водой будет, конечно, применяться шире, но в ближайшие десятилетия лишь в тех местах, где нельзя получить воду другими путями, но отнюдь не как массовый источник умножения водных ресурсов. Нам представляется важным еще и другое, может быть, более существенное соображение. Водных ресурсов в ближайшие десятилетия вполне хватит для всех целей, если и не прибегать к массовому опреснению, но при условии прекращения сброса в реки сточных вод и при проведении ряда других мер, освещенных в предыдущих разделах. На основании прогноза, который в рамках до 2000 г. основан не только на научных предположениях, а исходит из уже зародившихся тенденций, следует, что человечеству не угрожает водный кризис, что нет оснований бить тревогу о катастрофе, якобы неизбежной в связи с проблемой обеспечения водными ресурсами быстро растущего населения и экономики. Этот оптимистический вывод основан на научном анализе современного состояния использования и охраны водных ресурсов и тех изменений, которые следует ожидать в будущем. Однако следует решительно возразить тем, кто этот принципиальный вывод может понять как призыв к беспечности в таком жизненно важном деле, каким является проблема воды. Нежелательных явлений, связанных с использованием водных ресурсов, можно избежать, применяя другие, более совершенные прин-
ципы, специально нацеленные на предотвращение водного кризиса. Об этих принципах, представляющих важные элементы водной технической политики, которой, как мне представляется, целесообразно следовать при планировании мер по использованию и охране водных ресурсов, было сказано выше. Главные из этих принципов следующие. 1. С точки зрения сохранения и улучшения водного компонента среды, окружающей людей, а также сохранения и повышения продуктивности биосферы необходимо в водохозяйственный баланс включать то количество речных вод (речного стока), которое при сбросе сточных вод в реки и водоемы расходуется на их разбавление до состояния, пригодного для обезвреживания нечистот, содержащихся в сточной воде. Эта мера послужит одной из существенных предпосылок для решения важнейшей для условий будущего задачи — прекращения сброса сточных вод в реки и водоемы. 2. Отказ от использования рек, озер, водохранилищ в качестве объектов обезвреживания сточных вод. С этим связана ориентировка на прекращение сброса каких-либо очищенных или неочищенных сточных вод в источники водных ресурсов. С осуществлением этой исключительно важной меры связан переход промышленных предприятий на «сухую» технологию и оборотное водоснабжение. Что же касается сточных вод, образующихся при хозяйственно-питьевом водоснабжении, то большую их часть целесообразно повторно использовать после очистки в промышленности и направить на орошение земледельческих полей. 3. В основе использования и охраны водных ресурсов должен лежать комплексный принцип. 4. Дальнейшее преобразование круговорота воды в необходимом людям направлении (речного, почвенного и подземного звеньев) путем регулирования речного стока водохранилищами, умножения ресурсов почвенной влаги за счет поверхностного стока, магазинирования подземных вод — создания подземных водохранилищ; по мере необходимости следует также развивать опреснение морской воды и изучать возможность использования вод полярных ледников. 5. Размещение населения и хозяйства в соответствии с распределением по территории водных ресурсов. Однако надо иметь в виду, что в будущем все большее значение будет приобретать транспортирование воды на большие расстояния. Чрезвычайно важно всю совокупность потребностей в воде данного района, страны или субконтинента привести в соответствие с имеющимися водными ресурсами, учитывая при этом возможности расширенного воспроизводства водных ресурсов. 6. Необходимо уделять должное внимание проблемам экономики использования и охраны водных ресурсов, установить
цену на воду и, что особенно важно, в качестве временной меры до прекращения сброса взимать плату за сброс сточных вод в реки, дифференцируя ее в зависимости от степени загрязнения. 7. Наконец, охрана водных ресурсов от качественного и количественного истощения должна явиться всенародным делом: нужно с детского возраста людям прививать любовь к природе. Осуществление намечаемой программы связано с решением многих весьма сложных научных, технических, экономических и организационных вопросов. Вот почему проводить ее в жизнь необходимо постепенно, но с целенаправленной ориентацией на перспективу. В настоящее время охрана водных ресурсов венчает процесс их использования. Функции охраны вступают в действие вместе с появлением сточных вод, тогда как они должны осуществляться в процессе использования и носить профилактический характер. В самой схеме и в технологии использования водных ресурсов должны быть заложены принципы охраны. Охрана, ограничивающая или запрещающая использование водных ресурсов, т. е. охрана как надстройка к использованию, не должна быть основным принципом. Необходимо коренным образом изменить отношение к воде как к неограниченному, неистощаемому дару природы. Вода — сырье, требующее исключительно бережного отношения, потому что она не имеет замены. Имеющиеся на Земле водные ресурсы должны вечно обеспечивать потребности человечества в воде. И это разрешимая задача, если учесть, что величайший процесс круговорота воды обеспечивает вечное возобновление водных ресурсов. Вместе с тем круговорот воды, как мы увидим, поддается управлению в довольно значительных масштабах, а это в еще большей мере способствует разрешению проблемы удовлетворения растущих потребностей в воде. Чрезвычайно важно, что комплекс мер, намеченных в этой книге, и в том числе основную из них — прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы, по всей вероятности, возможно осуществить ценою меньших затрат, чем те, с которыми связана ориентировка на очистку сточных вод перед сбросом их в реки. Но главное заключается в том, что предлагаемые пути позволят более эффективно обеспечить охрану водных ресурсов, улучшить водный компонент среды, окружающей человека. В заключение следует напомнить, что метод перспективного прогноза, широко использованный в этой работе, служит для создания модели, позволяющей «примерить» разные варианты использования и охраны природных ресурсов к условиям будущего. Эта «примерка» показывает, что перспективный план развития водного хозяйства не может опираться только на количественный рост показателей развития. Требуются также
существенные качественные изменения, т. е. изменения принципов использования и охраны водных ресурсов. Большую роль играет обеспечение биосферы необходимым количеством воды в целях оптимизации производства растительной массы в лесах, на лугах и пахотных землях. Управление биологическими процессами в водных массах — в реках, озерах и водохранилищах — диктуется также требованиями повышения рыбной продуктивности вод суши, восстановления и в дальнейшем умножения осетровых и лососевых рыб, издавна получивших в народе название «красной» рыбы не столько за цвет, сколько за высокие вкусовые качест'ва. Нужно, наконец, иметь в виду, что полезная для людей высокая биологическая продуктивность рек и водоемов, особенно высокая рыбная продуктивность, служит надежным показателем их чистоты. Решая проблему 'водного компонента среды, мы одновременно в какой-то мере решаем и проблему биосферы, биологического компонента природной среды. В практической работе водного хозяйства часто резко разграничиваются проблемы использования и охраны водных ресурсов, иногда рассматриваются как самостоятельно и независимо друг от друга решаемые проблемы. Все сказанное в VIII и IX главах показывает, что такой подход лишен оснований. Невозможно решать проблему охраны водных ресурсов независимо от их использования. Основные пути охраны должны быть заложены в процессе использования. Только таким путем возможно переориентировать охрану и заложить в ее основу принципы профилактики. Главное направление охраны —борьба с причинами загрязнений, а не с последствиями, что часто практикуется в хозяйственной работе.
ГЛАВА X
ПУТИ УПРАВЛЕНИЯ КРУГОВОРОТОМ в о д ы ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
Преобразования хозяйственного звена круговорота воды, которым посвящена предыдущая глава, — чрезвычайно важный элемент в цепи тех мер, которые необходимы для предотвращения истощения водных ресурсов. Но одних этих мер недостаточно. Д л я того чтобы (водные ресурсы всегда обеспечивали нужды человечества, требуется преобразование круговорота воды в необходимом человеку направлении. С первого взгляда может показаться, что на грандиозный процесс круговорота воды человек эффективно воздействовать не может. В действительности же ряд элементов круговорота поддается управлению, изменяется в необходимом людям направлении. Наиболее трудно воздействовать на океаническое и атмосферное звенья круговорота воды. Управление течениями океана пока еще неосуществимая задача. Однако со временем человек, несомненно, сумеет изменять направления морских течений в целях улучшения климата крупных частей суши. Техника сможет справиться с решением этой проблемы, но гораздо сложнее заранее предвидеть все последствия, которые могут быть вызваны изменением океанических течений. Так, например, по поводу разработанного П. М. Борисовым (1962) интересного проекта ликвидации льдов в Северном Ледовитом океане и отепления Арктики путем интенсификации северной ветви Гольфстрима высказывается предположение о том, что под влиянием этих мер может уменьшиться количество атмосферных осадков в умеренном поясе Евразии. Если это так, то отепление Арктики будет сопровождаться крайне опасным явлением иссушения и без того недостаточно увлажненной территории. Наука пока не может уверенно предвидеть подобные последствия. Преобразование климата путем непосредственного воздействия на атмосферные макропроцессы, циркуляцию воздуха, пере-
нос атмосферной влаги, на ее конденсацию — также проблема будущего. В настоящее время на атмосферу оказывается лишь некоторое влияние местного характера. Д л я воздействия на нее в таких масштабах, чтобы это существенно сказалось на круговороте воды, на таких изменениях климата, которые могли бы повлиять на состояние и увеличение водных ресурсов, потребовались бы огромные затраты энергии. Однако в будущем, несомненно, удастся преодолеть трудности, связанные с управлением круговорота воды путем воздействия на атмосферные макропроцессы. Но и в настоящее время уже широко применяются меры искусственного воздействия на процессы влагообмена в приземном слое воздуха. Д л я этого преобразуют характер подстилающей поверхности, например, путем создания лесонасаждений. Системы полезащитных лесных полос повышают шероховатость местности, оказывают влияние на движение воздуха на высотах до нескольких сот метров и в какой-то мере увеличивают вероятность конденсации атмосферной влаги и выпадения осадков. Воздействие на почвенный покров и растительность позволяет существенно преобразовать наземное и почвенное звенья круговорота. Самый древний способ — орошение; оно улучшает местный водный баланс и позволяет выращивать сельскохозяйственные культуры в пустыне или полупустыне, где в естественных условиях земледелие невозможно. Неорошаемое земледелие, осушение местности, вырубка и посадка лесов часто позволяют глубоко изменять местный круговорот воды, регулировать местный водный баланс. Регулирование испарения с пахотных земель, усиление транспирации за счет снижения непродуктивного испарения позволяют повысить урожаи в засушливой зоне. Преобразующее воздействие человека на подземное звено круговорота воды пока еще сравнительно невелико. В будущем усиление литогенного звена круговорота воды путем искусственного магазинирования подземных вод будет, очевидно, интенсивно развиваться, а со временем все питьевое и бытовое водоснабжение, несомненно, перейдет на использование искусственно питаемых подземных вод, что по существу представляет собой создание подземных водохранилищ. Такая мера необходима, поскольку поверхностные воды — реки и озера — все больше загрязняются сточными водами городов и промышленных предприятий, и полностью избавиться от последствий этих загрязнений очень трудно. Эпиграфом «разделяй и властвуй» сопроводил замечательный русский ученый А. И. Воейков свою работу (1894-а), имея в виду, что человеку трудно преобразовать природу в целом, но, воздействуя на ее отдельные части, можно преобразовать природные явления или объекты. Идея «разделяй и властвуй» в
деле преобразования природы в какой-то мере остается в силе и в настоящее время, но за истекший полувековой период мир претерпел крупные социальные и технические изменения, в результате которых стало доступно преобразование природы и отдельных элементов круговорота воды в большом масштабе. Примерами могут служить мощные каскады водохранилищ на Волге, Каме, Днепре, Ангаре, Колорадо, Миссури и на многих других реках. Регулирование речного стока водохранилищами было рассмотрено в разделе, посвященном водному балансу материков. Созданы крупные судоходные и оросительные каналы, изучается переброска вод северных рек в Каму и Волгу и вод западносибирских рек в Среднюю Азию и т. п. Наряду с гидротехническими мерами большого масштаба водный режим рек, а следовательно, и наземное звено круговорота воды преобразуются также и в результате воздействия на почву и растительность. В частности, сельскохозяйственная обработка земель изменяет инфильтрационную способность почвы, и если она производится на больших площадях, то преобразует водный баланс всей территории и режим рек, расположенных в ее пределах. Размеры преобразований водного баланса и режима рек оценены, для всего земного шара (и то лишь приближенно) относительно водорегулирующего действия водохранилищ. Другие способы воздействия на гидрологический режим не обобщены, и в гидрологической и водохозяйственной литературе содержатся о них лишь отрывочные сведения. По этой причине при освещении этой проблемы я вынужден ограничиться отдельными примерами, воспользовавшись в основном результатами обстоятельных исследований преобразований водного баланса СССР. В отличие от преобразований гидрологического режима гидротехническими средствами, осуществляемых путем воздействия на речной поток, преобразования водного баланса почвенного происхождения осуществляются в начальной стадии гидрологического процесса, до попадания воды в гидрографическую сеть. Эти два направления преобразований, как вполне понятно, принципиально различны: для того чтобы воздействовать на мощный речной поток, требуются сложные гидротехнические сооружения, вторая же группа антропогенных гидрологических преобразований складывается в результате массового применения относительно простых приемов обработки почвы, агролесомелиоративных мер и эксплуатации лесов. Преобразования гидротехническими средствами чаще всего весьма заметны и, как правило, заранее планируются. Преобразования водного баланса почвенного происхождения, напротив, обычно малозаметны. Д л я их выявления требуется применение специальных, довольно тонких приемов, основанных на экспериментальных исследованиях.
Изменения водности рек под влиянием хозяйственной деятельности сочетаются с колебаниями водности естественного происхождения. Размеры и интенсивность антропогенных изменений больше естественных вековых колебаний, но масштаб годовых циклических колебаний стока несоизмеримо больше антропогенных. Резкие циклические колебания вуалируют и затрудняют выявление антропогенных. Чрезвычайно интересно и важно учитывать различную направленность почвенно-гидрологических преобразований в зависимости от уровня хозяйства, в значительной мере — от социальных факторов. Так, в отдаленном прошлом при первичной распашке территории, а потом в результате применения примитивных приемов земледелия и уничтожения лесов (замены их пашней) инфильтрационная способность почвенного покрова уменьшалась, следствием чего было усиление поверхностного стока и увеличение паводков, ослабление питания подземных вод, уменьшение меженного стока. В целом гидрологический режим ухудшался, что прежде оценивалось как обмеление рек. Действительно, оно происходило в межень, а сток весеннего половодья усиливался. В связи с этим происходило и увеличение общего годового стока, хотя такое увеличение носило в целом неблагоприятный характер, особенно если учесть, что такая направленность изменений поверхностного стока послужила причиной резкого усиления эрозионных процессов — смыва почвы и образования оврагов. Совершенно иной, противоположный характер носят изменения речного стока под влиянием более рационального и продуктивного земледелия. По мере усовершенствования механизированной обработки почвы повышается ее инфильтрационная способность, а это влечет за собой целый ряд преобразований режима рек: поверхностный сток в той или иной степени переводится в почву, паводки становятся меньше, усиливается питание подземных вод и питание рек в период межени. В условиях недостаточного и переменного увлажнения, т. е. в условиях, когда испарение более или менее существенно отличается от испаряемости, аккумуляция воды в почве весной происходит в таких существенных размерах, что за счет уменьшения весеннего стока происходит уменьшение и годового речного стока. Но такой характер изменений стока благоприятен, поскольку уменьшение годового стока происходит за счет наименее ценной его части — паводочного. Чрезвычайно важно также и то обстоятельство, что вода, недополученная реками, выполняет более важную функцию: расходуется на образование растительной массы — сельскохозяйственных продуктов. Такая форма использования воды является наиболее прогрессивной и по своему значению в жизни человека и приближается к столь важным формам потребления воды, как вода для питья и приготовления нищи.
Современные естественные науки — физическая география, биология, геоморфология, климатология, гидрология — за истекшие десятилетия несоизмеримо выросли и способствуют более полному пониманию законов природы, предвидению ближайших и отдаленных последствий деятельности человека. Но вместе с тем стало весьма сложным и многообразным взаимодействие человека с природой, поэтому возросли и требования к науке. Задачи науки не ограничиваются констатацией тех преобразований, которые осуществлены или ожидаются в результате хозяйственной деятельности. Более важной и более сложной задачей является развитие метода активного воздействия на круговорот воды и водный баланс. Некоторых из этих вопросов мы коснемся ниже. Из трудов, посвященных общим и теоретическим проблемам преобразований природы, и в частности некоторым гидрологическим преобразованиям, желающим ознакомиться с этими вопросами подробнее можно рекомендовать работы И. П. Герасимова (1952, 1967) , работы автора, специально посвященные преобразованиям водного баланса и режима рек (Львович, 1950-а, б, 1952, 1960-6, 1963, 1967-в, 1969, 1971-6; Lvovich, 1973-а), а также книгу «Водный баланс СССР и его преобразования» (1969). ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РЕЖИМА РЕК ВОДОХРАНИЛИЩАМИ
Конечный водорегулирующий эффект мировых водохранилищ объемом свыше 100 млн. м3 каждое охарактеризован в гл. VII (см. табл. 26 на стр. 278): с помощью водохранилищ, как мы видим, мировой устойчивый сток увеличен на 1860 км3/год, или на 15%, в том числе в Советском Союзе — на 280 км3/год, или почти на 28%- Очень высока водорегулирующая способность водохранилищ Северной Америки (26%) и Африки (27%). Меньше водорегулирующая способность водохранилищ Европы, причем основную роль играют огромные водохранилища на Волге, Днепре, Дону и в нижнем течении Дуная (Железные Ворота). Водохранилища Азии способны зарегулировать наибольший абсолютный объем (1250 км3) в сравнении с другими частями света, но относительно подземного стока эта величина составляет 16%. Речной сток в Австралии (с Тасманией, Новой Гвинеей и Новой Зеландией) зарегулирован на 7,5%, а в Южной Америке — на 4,2%. Хочется подчеркнуть, что это весьма высокое достижение — один из крупных элементов технической революции, особенно если учесть, что значительная часть больших водохранилищ мира создана в течение последних двух десятилетий, хотя иногда этот успех недооценивается. Действительно, он достигнут не без издержек, часть из которых неизбежна. Конечно, водохра-
нилища нельзя создавать без затопления земель, но иногда о т чрезмерны за счет мелководий, недостаточно эффективных как в смысле водорегулирующего действия, так и использования земель. Д л я уменьшения этой отрицательной стороны водохранилищ ведется обвалование и на многих из них сооружаются дамбы, отделяющие мелководные участки и позволяющие более эффективно использовать земельные ресурсы. Чрезвычайно серьезен вопрос о подтоплениях, связанных с созданием водохранилищ, особенно в условиях избыточного увлажнения. Анализируя причины заболачивания в Западной Сибири, И. П. Герасимов (1967) подчеркивает нецелесообразность устройства подпорных плотин в нижнем течении Иртыша и Оби. Плотины в этих районах могут в еще большей степени усилить и без того чрезвычайно распространенное здесь заболачивание. В тех случаях, когда это экономически оправданно, создание водохранилищ в таких условиях необходимо, по-видимому, сопровождать сооружением мелиоративных систем типа польдеров — участков, отделенных от водохранилища дамбами, с механической откачкой воды из зоны, находящейся ниже уровня водохранилищ. Одно из существенных преобразований — повышение уровня подземных вод в зоне влияния водохранилищ. В засушливых условиях это явление в ряде случаев может иметь положительное значение, но в переувлажненных районах — чаще всего отрицательное. К числу издержек относятся также потери воды на испарение. В связи с тем что с территории, затопляемой водохранилищами, испаряется меньше воды, чем с поверхности воды, то такие потери неизбежны. Сейчас, по приближенным расчетам, на всех водохранилищах мира они достигают 160 км3/год. Но этот объем составляет менее 10% водорегулирующей емкости водохранилищ, следовательно, выгода от них намного превышает и эту издержку. Следует, кроме того, учесть, что потери с водохранилищ на испарение происходят не за счет самой ценной части водных ресурсов — устойчивого стока, а преимущественно за счет менее ценных паводочных вод, которые аккумулируются в водохранилищах. В будущем потери воды на испарение с водохранилищ возрастут приблизительно до 500 кмъ/год, при общей их эффективности более высокой, чем современные водохранилища. Другими словами, площадь водохранилищ на единицу регулируемого объема должна быть ниже современной. К отрицательному действию водохранилищ, как было уже отмечено в гл. IX, относятся препятствия, которые создают плотины для проходных рыб. Но и этот ущерб отнюдь не является неизбежным, так как главным образом связан с некомплексным решением проблемы. Строительству плотин должно предшествовать создание мощных предприятий по рыборазведению,
не только устраняющих этот ущерб от плотин, но приспособленных даже для решения задачи в рамках расширенного воспроизводства рыбы. Другая важная проблема — антропогенное евтрофирование водохранилищ, которое наносит большой ущерб качеству воды и рыбной продуктивности водоемов. Этот процесс не ограничивается водохранилищами и довольно широко распространился на большие озера (например, на Великие Озера), а на оз. Эри начиная с 50-х годов стал приобретать угрожающие размеры. Основная причина евтрофирования — загрязнение водоемов сточными водами. Отрицательное влияние последних на качество речной воды сказывается в меньшей степени, чем на водохранилищах, отличающихся более замедленным обменом. Это одно из наиболее существенных отрицательных свойств водохранилищ. В последние годы антропогенному евтрофированию уделяется все большее внимание, но оно заключается преимущественно в соответствующих исследованиях этого неблагоприятного явления (Россолимо, 1972) и в меньшей степени — в активных мерах борьбы с ним. Искусственная биологическая очистка сточных вод в какой-то мере служит тормозом для распространения евтрофикации водохранилищ, но не является вполне эффективной мерой, так как полностью не устраняет из сточных вод фосфор и азот антропогенного происхождения, служащих основной причиной развития процесса евтрофикации. Нельзя, однако, считать развитие антропогенной евтрофикации водохранилищ неизбежным и неустранимым. Наиболее эффективной мерой борьбы с этим явлением должно служить прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы, что осуществимо теми путями, о которых говорится в гл. VIII и IX. Фосфор и азот необходимы почве для повышения ее плодородия, но, попадая в воду в чрезмерных количествах, наносят огромный ущерб водным ресурсам, особенно озерам и водохранилищам. Это служит дополнительным доводом в пользу повторного использования сточных вод, в том числе и городских сточных вод, для орошения земледельческих полей. После прекращения сброса сточных вод в реки и водоемы и прекращения поступления в них фосфора и азота антропогенного происхождения евтрофикацию большей части водохранилищ, обладающих не очень низкой степенью проточности, можно приостановить, а потом постепенно и ликвидировать. Но все отрицательные последствия необходимо, конечно, предусматривать в проектах водохранилища, способы их устранения осуществлять одновременно со строительством плотин и подготовкой территории под затопление. При любых условиях антропогенная евтрофикация водоемов — отрицательный фактор, но вместе с тем водохранилищам одновременно принадлежит и положительная роль в отношении
качества речных вод, загрязняемых сточными. Речной сток наиболее перегружен сточными водами в период летней и зимней межени и вообще в сухие сезоны и междупаводочные периоды, в связи с тем что в это время разбавление сточных вод чистой водой резко снижается. Но под влиянием регулирования речной сток ниже водохранилищ увеличивается, поэтому возрастает и кратность разбавления сточных вод. Например, на Волге ниже Волгоградского водохранилища сток летней и зимней межени в результате регулирования увеличен приблизительно в 3 раза. Во столько же раз увеличилось разбавление сточных вод и, следовательно, в какой-то мере уменьшилось их вредное действие. Следует еще отметить, что водохранилища, играющие существенную роль для улучшения судоходства, позволившие превратить Волгу с Волго-Балтийским каналом в судоходную артерию, доступную для морских судов, вместе с тем в какой-то мере создают и некоторые помехи для самого судоходства. К ним, например, относится необходимость приспособления судов к условиям плавания на больших акваториях, чаще всего необходимость смены речного флота озерным и морским. Однако в наш век технической революции устарение техники, т. е. ее моральная амортизация, происходит, значительно быстрее фактической. И при отсутствии водохранилищ модернизация судов на реках осуществляется сравнительно быстро, но с той разницей, что на водохранилищах на 1 т водоизмещения судна расходуется больше металла, чем в условиях чисто речного судоходства. Теперь после краткого обзора общих вопросов, связанных с созданием и эксплуатацией водохранилищ, приведу примеры преобразований внутригодового водного режима под влиянием каскадов водохранилищ на Волге и Днепре (см. рис. 3 и 4, опубликованные в книге автора «Реки СССР», 1971). Под влиянием десяти крупных водохранилищ, сооруженных на Волге и ее притоках, водный режим, как и некоторые другие элементы, коренным образом изменился. Действительно, почти на протяжении 2600 км, или 70% длины, Волга превращена в водохранилища, в которых вместе с камскими вмещается 170 кмг воды, в том числе 70 км3 приходится на полезный объем. Полезный объем всех водохранилищ почти соответствует половине объема весеннего половодья всей Волги. Если эту емкость правильно использовать, то сезонные колебания стока Волги могут быть почти выравнены, по крайней мере в средние по водности и в маловодные годы. Наиболее существенные изменения водного режима Верхней Волги происходят под влиянием Рыбинского водохранилища. Это одно из крупнейших в мире водохранилищ аккумулирует весь весенний сток, и рассчитано оно на его многолетнее регулирование. Теперь весеннее половодье Волги на участке от Рыбинского водохранилища до впадения Оки формируется лишь
за счет рек, впадающих в Волгу на этом участке, а также за счет крайне редких попусков воды из Рыбинского водохранилища. З а 30 лет существования этого гидроузла попуск воды из водохранилища, минуя турбины, был произведен только один раз — в 1955 г., когда на Верхней Волге сформировалось исключительно высокое весеннее половодье. В средние по водности годы объем весеннего половодья в г. Горьком приблизительно в 2 с лишним раза меньше, чем до преобразования ее режима. В Вязовых и в Тетюшах сказывается влияние водного режима Куйбышевского водохранилища. К концу зимы верхний бьеф водохранилища срабатывается и уровни в нем понижаются на 6—7 м ниже нормального проектного горизонта (НПГ), а за счет аккумуляции весеннего половодья уровни снова восстанавливаются до НПГ. Ниже плотины Волжской ГЭС им. В. И. Ленина, в г. Куйбышеве, сказывается режим попусков воды из водохранилища. Высота весеннего половодья в 1959 г. (после сооружения каскада водохранилищ) не превышала 5 м против 12 ж в году такой же водности (1932 г.), при незарегулированном стоке его продолжительность была в 2 с лишним раза меньше, а общий объем половодья едва ли достиг ! /з естественного. Зато меженные уровни поддерживаются приблизительно на 1 м "выше, чем в прошлом. Высота весеннего половодья в 1959 г. в г. Астрахани при зарегулированном стоке не превышала 2 м против 4 м в 1932 г. (до создания каскада водохранилищ). Д л я нижних бьефов гидроузлов весьма характерными стали недельные колебания уровней и расходов воды, связанные со снижением выработки гидроэнергии в дни отдыха населения, когда на гидростанциях работают не все турбины. В это время вода аккумулируется в водохранилищах, а в нижнем бьефе уровни и расходы воды падают. Амплитуда недельных колебаний уровней в Рыбинске в отдельных случаях превышает 3 м, но обычно составляет 1—1,5 м; в Ярославле снижается соответственно до 1 м и 30—40 см; в г. Горьком снижается соответственно до 1 м; в г. Куйбышеве снова повышается максимум до 2 м, но обычно ограничивается 1 м. Эти колебания уровней и расходов воды в нижних бьефах гидроузлов, связанные с уменьшением выработки энергии в выходные дни, не очень удобны для людей и судоходства. Влияние каскада гидроузлов на водный режим не ограничивается существенными изменениями внутригодового распределения стока. Изменился также ледовый режим, как было отмечено, произошли некоторые изменения и в годовом стоке за счет возросшего приблизительно на 10 кмъ\год расхода воды на испарение с поверхности водохранилищ. Общая полезная емкость днепровских водохранилищ составляет 20 км3. Это значит, что не менее половины среднего объема весеннего половодья Нижнего Днепра, достигающего около
30 км3, может быть аккумулировано в водохранилищах, а в маловодные годы водохранилища могут вместить весь объем весеннего половодья. Вода, аккумулированная в водохранилищах, используется для попусков в период летней и зимней межени, что позволяет сделать более равномерной в течение года выработку электроэнергии и улучшить условия судоходства, которые в прошлом были менее благоприятны из-за обилия мелководных перекатов. Днепровские пороги до затопления их водохранилищем им. В. И. Ленина служили препятствием для судоходства, которое прежде осуществлялось изолированно на двух участках ниже и выше порогов. Подводя итоги сказанному о преобразующем действии водохранилищ, необходимо подчеркнуть их положительную роль. Вместе с тем влияние их на природу и экономику по целому ряду признаков носит противоречивый характер. К числу сложных проблем преобразования речного стока относится размещение водохранилищ. Конечно, эта проблема должна решаться в соответствии с поставленными задачами экономики. Но вместе с тем существуют некоторые общие предпосылки ее решения, если принять во внимание естественные .особенности распределения по территории ресурсов пресных вод и свойства их режима. В связи с этим следует, во-первых, отметить, что в мировой практике преобладают водохранилища, служащие целям гидроэнергетики, судоходства и орошаемого земледелия, отчасти для уменьшения паводков и разливов рек. Кроме того, существенно превалируют большие водохранилища, создаваемые на более или менее крупных реках — в местах сосредоточения значительных масс воды. Но существование системы водохранилищ на больших реках, например на Волге, Каме, Днепре, Дону, Миссури, Колорадо, и на других больших реках не решает многих проблем водоснабжения и охраны водного компонента среды, которые .возникают в сотнях и тысячах других мест бассейнов этих рек. Большую роль играют водохранилища на малых и средних реках. Например, на р. Москве ^сооружено Можайское водохранилище, улучшающее водоснабжение г. Москвы, на Клязьме — Клязьминское водохранилище, с помощью которого решаются задачи водоснабжения многих населенных мест и предприятий. Потребуется создание все большего количества подобных водохранилищ, с тем чтобы их сеть решала задачи водоснабжения и улучшения среды по мере возможности в любой части бассейна реки. Отсюда возникает .необходимость сооружения плотин и создания водохранилищ на речной сети третьего и четвертого порядков, охватывающих весь речной бассейн (конечно, в пределах технической и экономической целесообразности). Такая сеть сравнительно небольших водохранилищ должна выполнять основную роль в регулировании стока данного речного бассейна. А водохранилища на .магистральных реках будут в этих условиях регулировать ту
часть паводочного стока, которая не была зарегулирована сетью» водохранилищ, расположенных на реках высоких порядков. Такая переориентировка в размещении водохранилищ, несомненно, назрела в первую очередь в густонаселенных и не очень многоводных районах. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДОХРАНИЛИЩА
Наряду с поверхностными водохранилищами все большее значение приобретают подземные, создаваемые путем искусственного питания подземных вод. Это позволяет усилить литогенное звено круговорота воды и черпать из подземных горизонтов больше воды, чем это возможно в естественных условиях. Еще десять лет назад на земном шаре было учтено несколько сот подземных водохранилищ (Фаворин, 1961). К настоящему времени их количество, конечно, существенно возросло. В СССР искусственное питание подземных вод производится в нескольких десятках мест, причем эти подземные водохранилища служат источниками водоснабжения крупных городов. Магазинирование подземных вод практикуется издавна туркменами в Каракумах. Поверхностный сток, формируемый на такырах (глинистых участках) этой пустыни, подводится к колодцам и образует под землей линзы пресной воды, предохраненной от испарения (Кунин, 1959; Кунин и др., I960). Такие линзы служат источником водоснабжения населения и водопоя овец. В некоторых случаях такие линзы используются и для водоснабжения городов и промышленных предприятий. Одно из подобных подземных водохранилищ создано на о-ве Лонг-Айленд (район Нью-Йорка). На этом острове в результате эксплуатации подземных вод с интенсивностью, превышающей их естественное возобновление, подземные горизонты пресной воды иссякли: они стали замещаться вторгнувшейся в пределы подземных горизонтов острова морской соленой ©одой. Питание подземных вод здесь связано с вытеснением из подземных горизонтов морской воды. Д л я этой цели используется сток ливневых вод, образующихся в пределах города. Такая вода,, как отмечалось выше, существенно загрязнена, но от части загрязнений она освобождается в процессе фильтрации, которая происходит из нескольких сот копаней, собирающих ливневый сток (Кунин, 1971). В данном случае, вероятно, оправдано магазинирование нечистой воды, которая может использоваться для технических целей, тем более что подземные воды острова изолированы от подземных вод суши. Но вообще к магазинированию загрязненных вод необходимо относиться чрезвычайно осторожно, поскольку процессы окисления, а следовательно, и обезвреживания в подземных горизонтах возможны лишь в весьма ограниченных масштабах. Поэтому требуется изучение возможных последствий такого»
захоронения грязной воды. Во всяком случае важно обеспечить полную изоляцию грязных подземных вод от чистых. Недооценка значения этого 'вопроса может поставить под угрозу загрязнения естественные чистые подземные воды. Сейчас при создании подземных водохранилищ для фильтрации воды вглубь обычно служат копани или водохранилища на хорошо водопроницаемых почвах и горных породах. Такой способ магазинирования воды прост, но он, во-первых, требует затопления больших или меньших территорий; во-вторых, возможности управления процессом питания подземных вод из прудов довольно ограниченны. В связи с этим стоит вопрос о разработке методов и механизмов для искусственного нагнетания воды в подземные горизонты через буровые скважины типа иглофильтров, но действующих в обратном направлении — не для откачки воды, а для ее нагнетания. По всей вероятности, сочетание водохранилищ с искусственным нагнетанием окажется наиболее универсальным способом, особенно в тех случаях, когда питание подземных вод должно осуществляться за счет паводочного речного стока. В умеренной зоне весеннее половодье «а реках чаще всего продолжается до одного-двух, реже до трех месяцев. Подземное магазинирование этой воды, собранной в сравнительно короткий срок, целесообразно, по-видимому, расходовать на питание подземных вод более или менее равномерно в течение всего года. Но для такой схемы питания подземных водохранилищ необходимы и наземные, поверхностные водохранилища. Вполне очевидно, что в будущем подземные водохранилища станут наиболее распространенными источниками водоснабжения, что особенно заманчиво в связи с лучшими условиями предохранения подземных вод от загрязнения, чем поверхностных. Хотя мы исходим из предпосылки прекратить в будущем сброс каких-либо сточных вод в реки, но полностью исключить загрязнение поверхностных вод вряд ли будет возможно. Как я уже отмечал, вполне эффективные способы обезвреживания ливневых и снеговых вод, стекающих с территории городов, и предотвращения их попадания в реки и водоемы пока еще не найдены. Д а и в сельской местности, учитывая растущую химизацию сельского хозяйства, трудно будет уберечь поверхностные воды от попадания в них ядохимикатов. В процессе движения через пористую среду к месту водозабора подземные воды в какой-то мере самоочищаются. Это говорит о преимуществе водоснабжения подземными водами. Но запасы этих вод не смогут обеспечить будущей потребности в водных ресурсах, а если их усиленно эксплуатировать, то уменьшится питание рек подземными водами, а следовательно, и устойчивая часть речного стока. С помощью поверхностных водохранилищ и почвенно-мелиоративных мер очень трудно зарегулировать весь речной сток. В будущем же потребуется зарегу-
лировать все речные водные ресурсы—сделать их устойчивыми не только от сезона к сезону, но также по мере возможности и из года в год. Свойства подземных водохранилищ соответствуют этим требованиям. Подземные воды можно магазинировать в многоводные сезоны или годы, а использовать их — в маловодные периоды. Вследствие медленного движения подземных вод они обладают очень высокой регулирующей способностью. Подземные водохранилища не требуют выделения для них значительных территорий, следовательно, существенно не затрагивают интересов землепользования. Наконец, вода из подземных водохранилищ не теряется на испарение, которое иногда составляет существенные потери с наземных водохранилищ. Что касается к. п. д. подземных водохранилищ, то он зависит от целого ряда факторов, но вряд ли он будет существенно выше, чем для поверхностных водохранилищ. Из последних расходуется вода на испарение, но при искусственном питании подземных горизонтов из водохранилищ экономия воды будет соответствовать разнице в площадях этих двух типов водохранилищ. Лишь при отборе воды непосредственно из рек расход воды из подземных водохранилищ на испарение исключается. Но из подземных водохранилищ, учитывая процессы растекания подземных вод и расходования их на питание рек, вряд ли возможно получить всю воду, магазинированную в подземных горизонтах. Поэтому к. п. д. подземных водохранилищ будет в какой-то мере меньше единицы. Однако вода из подземных водохранилищ, израсходованная на питание рек, будет способствовать увеличению речного устойчивого стока, что, как было показано выше, весьма полезно и также служит целям расширенного воспроизводства водных ресурсов. Возможно, что 'в некоторых случаях целесообразно будет создание подземных водохранилищ, специально предназначенных для питания рек и увеличения устойчивого речного стока. Проблема создания подземных водохранилищ настолько актуальна, что было бы оправдано привлечение специальных научно-исследовательских, проектных и конструкторских (для создания соответствующей техники) учреждений и производственных предприятий. По всей вероятности, немало сложных проблем нужно будет решить, прежде чем магазинирование подземных вод получит широкое распространение. Трудно сейчас вполне обоснованно оценить необходимые масштабы магазинирования подземных вод в будущем. В пределах ближайшей трети века может потребоваться искусственный перевод поверхностных (паводочных) вод в подземные объемом в среднем порядка 3000—5000 кмъ\год.
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ВОДЫ
На земном шаре водные ресурсы распределены крайне неравномерно. Наряду с районами, очень плохо обеспеченными водой, есть районы, где вода в избытке. Конечно, недостаток и избыток воды нужно оценивать относительно потребностей в ней. Ряд районов по естественным признакам нельзя считать маловодными, но города, промышленность и сельское хозяйство» получили в них столь большое развитие, что водные ресурсы уже оказываются недостаточными для удовлетворения хозяйственных потребностей. Так или иначе задача заключается не только в управлении; круговоротом воды, в изменении структуры водного баланса территории, в регулировании стока во времени, о чем мы говорили выше, но также в целом ряде случаев и в выравниваниираспределения водных ресурсов по территории. Эта задача частично решается путем планирования размещения населения иотраслей хозяйства. Такой подход имеет место, но далеко не всегда критерий водных ресурсов в должной мере принимается во внимание. При планировании размещения хозяйства часто превалируют другие показатели: наличие сырья, трудовых ресурсов, источников энергии, транспортных путей и т. д. Все эти? вопросы чрезвычайно важны; отношение к воде как неисчерпаемому дару природы нередко приводит к недоучету водного фактора. Но даже если при размещении населения и хозяйства болеестрого будет учитываться водный фактор, то далеко не 'всегда; производство можно развивать там, где оно наиболее просто и: экономно обеспечивается водой. Приходится считаться с добывающей промышленностью, которую нередко необходимо развивать в районах, плохо обеспеченных водой. Примером может служить Карагандинский угольный бассейн, для водоснабжения которого и некоторых других промышленных предприятий построен канал из р. Иртыш общим протяжением около 500 км. На пути в Караганду канал обеспечивает водой угольные разработки Экибастуза, разработки медной руды Бозшакуля, а такжегорода, выросшие в этом районе. Затраты на сооружение и эксплуатацию канала сильно возрастают в связи с необходимостью» подъема воды насосами на высоту 475 м. Д л я этой цели должны работать насосные станции общей мощностью 340 000 кет. Но все эти усилия оправдываются высокой эффективностью использования воды. На большие расстояния приходится транспортировать воду в засушливые районы, пригодные для производства теплолюбивых сельскохозяйственных культур, в основном хлопчатника. В СССР строится последняя очередь гигантского Каракумскогоканала из Амударьи через Мургаб, Теджен, Ашхабад в Каспийское море. Общее протяжение канала достигнет 1000 км. Из;
крупных оросительных каналов можно назвать Большой Ферганский в Средней Азии и много других в Закавказье, в нижнем течении Днепра и в Южном Заволжье. Из числа крупных судоходных каналов можно упомянуть Волго-Донской, Волго-Балтийский, Беломорско-Балтийский и большое число каналов такого же назначения в Западной Европе, на юго-востоке Азии, в Северной Америке. Существуют проекты развития сети судоходных каналов в Западной Европе, в частности соединения Дуная с Рейном через Майн, а также с Эльбой и Одером (Дукич и др., 1971). Но судоходные каналы чаще всего сооружаются не для транспортировки воды, а только для поддержания определенных судоходных глубин и для питания шлюзов. Существуют, однако, каналы, совмещающие задачи судоходства с транспортированием воды. К таким относится канал Волга — Москва. В Калифорнии вода для снабжения городов, промышленности и сельского хозяйства передается на большие расстояния. Крупные водопроводы сооружены для водоснабжения сельскохозяйственных районов Добруджи в Болгарии. В Северном Казахстане некоторые централизованные водопроводные системы протянулись на тысячи километров и снабжают водой много сотен совхозов. В будущем проектируется транспортирование воды на еще большие расстояния. В СССР существует проект переброски части вод Печоры и Вычегды в Каму в объеме 20—г 30 км3/год для восполнения ожидаемого в будущем дефицита в воде на Волге. Аналогичны проекты переброски вод сибирских рек в Казахстан и Среднюю Азию. Проблема борьбы со снижением уровня Каспия, Арала и Балхаша и их усыхания по мере роста расходования воды на их притоках — особая проблема, которую я кратко освещу в этом разделе, хотя транспортирование воды не является единственным средством для ее решения. Сейчас много внимания уделяется изучению перебросок части воды северных рек на юг Европейской части СССР и рек Оби и Енисея в Среднюю Азию. В перспективе эти меры будут играть существенную роль, которую, однако, нельзя переоценивать. В связи с этим следует высказать некоторые соображения, вытекающие из принципов решения водной проблемы, изложенных выше. Прежде всего водные ресурсы северных рек, которые можно перебросить на юг, не беспредельны. Если сравнить 20—30 кмъ воды Вычегды и Печоры, предназначенной для переброски в бассейн р. Волги, с 250 кмъ волжской воды, то вполне очевидно, что коренного решения проблемы прибавкой такого количества воды достигнуть нельзя. Вместе с тем этот объем воды, пущенный через каскад камских и нижневолжских гидроэлектростанций, даст большой экономический эффект при условии самотечной подачи воды в Ка-
му. Но для этой цели требуется создание огромных водохранилищ общей площадью около 12 тыс. км2 (Дмитриев, 1959), т. е. соразмерных площади Ладожского озера, причем ценой затопления почти (всех пахотных земель Коми АССР. Энергетический смысл этих водохранилищ заключается еще и в том, что они позволили бы подавать воду северных рек тогда, когда в этой воде нуждаются камские и нижневолжские гидроэлектростанции. Однако идти на столь большие затопления, по-видимому, нецелесообразно. Площадь затоплений должна быть значительно меньше. В этом случае переброска воды должна осуществляться механическим путем — перекачкой воды, на что потребуется большой расход энергии, и тогда энергетическая эффективность переброски воды существенно уменьшится. От механического способа переброски можно было бы отказаться, но тогда понадобятся каналы, пересекающие водоразделы в глубоких выемках, создание которых возможно, вероятно, взрывными работами. С таким предложением я выступил ранее («Проблемы хозяйственного освоения...», 1962). В другой работе (Львович, 1971-6) было дано принципиальное обоснование переброски воды северных рек Европейской части С С С Р попеременно в Волгу (через Каму) и в Днепр. Такая переброска в двух направлениях в зависимости от водности этих рек и хозяйственной надобности в дополнительной воде в каждом из этих бассейнов могла бы повысить эффективность транспортирования воды без существенных потерь в выработке гидроэнергии, так как та же вода, прошедшая через турбины шести днепровских гидроэлектростанций, позволит выработать приблизительно столько же энергии, сколько на четырех гидроэлектростанциях Камы и Нижней Волги. Что касается переброски воды из бассейна Оби в Среднюю Азию, то в соответствии с местными условиями целесообразно обойтись без сколько-нибудь крупных водохранилищ и ориентироваться на механическую подачу воды. Такая вода будет относительно весьма дорога, поэтому к моменту ее подачи в Среднюю Азию здесь необходимо значительно повысить к. п. д. оросительных систем, с тем чтобы переброшенная с севера вода использовалась без каких-либо существенных потерь. Северные воды, пришедшие на юг Европейской части СССР и в Среднюю Азию, вряд ли целесообразно расходовать на поддержание уровней Каспийского и Аральского морей, так как такую воду, переброшенную ценой высоких затрат, нельзя тратить по существу почти впустую — на испарение с этих водоемов. Другое дело — поддержание в них уровней за счет воды, оставшейся неиспользованной в притоках Каспия и Арала, но специально расходовать для этой цели воду, полученную ценой больших затрат, было бы слишком расточительно, особенно если учесть, что эта вода необходима для более важных целей— водоснабжения и орошения. А остаток воды от использования
на эти нужды будет слишком небольшим, чтобы компенсировать уменьшение водности притоков Каспия и Арала в результате всевозрастающего водопотребления в их бассейнах. В связи с этим некоторые авторы считают возможным примириться с усыханием Каспия и Арала, с чем, конечно, нельзя согласиться. Эти водоемы, как и Балхаш, используются для транспорта, лова рыбы, служат важным элементом среды для живущих на их берегах людей. Вполне очевидна необходимость сохранения этих водоемов. Но осуществить это, сохранив их в первозданном виде, невозможно. Они должны быть преобразованы, причем в таком направлении, чтобы эти преобразования соответствовали новым условиям, сложившимся и ожидаемым на их притоках. Наиболее правильный путь — уменьшение акватории озер до таких размеров, которые позволят сбалансировать испарение с ее поверхности со стоком рек, в них впадающих. На Каспии таким объектом, подлежащим отчленению в первую очередь, является залив Кара-Богаз-Гол. Этим же целям могут служить и другие мелководные заливы. Более подробное изучение этой проблемы на Арале (Lvovitch, Tsigelnaia, 1973) показало, что стабилизация уровня этого водоема возможна на отметке на 3 м ниже современной, но при уменьшении его акватории приблизительно на 12 тыс. км2, т. е. с 56—57 тыс. км2 до 44—46 тыс. км2. Эту задачу можно решить, например, путем отчленения дамбами глубоководной полосы Арала, идущей вдоль юго-западного берега, воспользовавшись для сооружения дамб мелководными участками. Этим будут созданы условия стабилизации уровня Арала приблизительно на отметке 49 м над у. м. при весьма существенном уменьшении притока воды в озеро. В многоводные годы избыточную воду можно сбрасывать в отчлененную часть озера. Таким путем соленость моря стабилизируется, так как оно станет полупроточным. В маловодные годы водосбросные устройства должны быть закрыты. Об эффективности такой меры можно судить по следующему результату. Если в условиях неуправляемого водоема, в соответствии с ростом расходования сырдарьинской и амударьинской воды на орошение, к 2000 г. уровень воды может снизиться до отметки 35 м над у. м., т. е. на 17 м ниже современной, то в управляемом водоеме уровень удастся стабилизировать на отметке около 49 м, т. е. на 14 м выше. Управление уровнем оз. Балхаш путем его разделения дамбами на три зоны, из которых средняя мелководная отчленяется от активных западного и восточного секторов, предложил А. В. Шнитников (1973). Все эти предложения требуют, конечно, технического и экономического обоснования, но в принципе такой путь управления бессточными водоемами, несомненно, является более эффективным и приемлемым, чем с помощью переброски воды, размеры которой могут компенсировать рас-
ходование воды в их бассейнах на хозяйственные нужды лишь в ограниченных пределах, особенно если иметь в виду отдаленную перспективу. Из сказанного следует, что переброски воды на большие расстояния должны решать лишь наиболее важные задачи использования водных ресурсов — водоснабжение и орошение, при чем последнее — при условии благоприятного сочетания воды с тепловыми ресурсами, примером чего может служить Средняя Азия. Южные районы СССР во все большем объеме будут нуждаться в водах северных рек. Переброска воды из Печоры и Вычегды в Каму, а также из бассейна Оби в Среднюю Азию — лишь «первые ласточки» на пути подобных преобразований. Не исключено, что в будущем потребуется транспортировать воду из нижнего течения Оби через Урал в Европейскую часть СССР. В США для водоснабжения западных засушливых штатов проектируется переброска воды из Аляски. Уже начаты прикидки технических и экономических возможностей транспортирования айсбергов, образуемых горными ледниками южной Аляски и ледниками Гренландии, для водоснабжения некоторых засушливых районов Северной Америки. Может быть, в портах Калифорнии со временем появятся специальные доки, в которых будут таять айсберги, доставленные буксирами с севера. Трудно сейчас предвидеть весь масштаб мер по транспортировке воды, но несомненно, что они будут осуществляться в большом объеме. С этой целью наряду с открытыми каналами будут, по-видимому, широко применяться трубопроводы, подобные нефтепроводам, но, конечно, больших диаметров. Вода станет предметом внешней торговли, и нуждающиеся страны будут ее импортировать из стран, богатых водой. Международный обмен природными ресурсами широко осуществляется, и вполне целесообразно, чтобы внешняя торговля распространилась бы и на воду. В этом разделе мы хотели показать, что зависимость человека от неравномерного распределения водных ресурсов носит относительный характер. Транспортировка водных ресурсов в какой-то мере позволяет освободиться от этой зависимости, преобразуя географию распределения водных ресурсов. Уже сейчас переброска 'воды по каналам и трубопроводам довольно широко практикуется, но в будущем масштабы транспортирования воды несоизмеримо вырастут, а каналы и водотрубопроводы займут большое место среди водохозяйственных сооружений. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МЕСТНОГО ВОДНОГО БАЛАНСА
Д л я регулирования водных ресурсов кроме водохранилищ применяются почвенно-мелиоративные приемы воздействия на водный баланс территории, т. е. на гидрологические процессы в
начальной стадии их развития, до сосредоточения воды в виде речных потоков или в виде подземных вод. При массовом характере такие методы воздействия преобразуют водный баланс больших территорий, в том числе крупных рек, и играют существенную роль в регулировании водного баланса в необходимом хозяйству направлении. В СССР,, как известно, основная масса зерна производится в лесостепи и степи, т. е. в районах, периодически страдающих от засух. Недостаток почвенной влаги служит главной причиной недородов. Вполне понятно, что искусственное орошение устраняет этот крупный недостаток. Поэтому в настоящее время предпринимаются меры по расширению орошаемых земель не только для производства хлопчатника и других технических культур, но т а к ж е и для производства зерновых культур. Д л я увеличения хлебных ресурсов страны необходимо также повысить урожайность зерновых на неорошаемых землях, площадь которых в С С С Р и впредь во много раз будет превышать площадь орошаемых земель. Эта задача решается путем регулирования ресурсов почвенной влаги в засушливой зоне. В период доколхозного земледелия зяблевая (осенняя) пахота в степной и лесостепной зонах, как правило, не применялась. Крестьяне, не имея выгонов, оставляли на полях после жатвы стерню, на которой пасли скот. Почва при этом обладала слабой инфильтрационной способностью. Мало что менял и и примитивные орудия обработки почвы: конный плуг обеспечивал глубину вспашки до 14—16 см, а соха — всего лишь на 10—12 см. В условиях несовершенной обработки весной во время снеготаяния вода свободно стекала с полей. Кроме того, •интенсивный сток в сочетании со значительными уклонами и длинными склонами порождал интенсивную эрозию — смыв ценной части почвенного покрова и образование оврагов. Ленинский Декрет о земле послужил первой предпосылкой д л я ' отмирания несовершенной системы земледелия. Вторым крупным шагом в этом направлении явилось развитие механизированных приемов обработки почвы, позволивших с начала 30-х годов широко применять зяблевую пахоту, получившую ныне распространение на всей площади ярового клина. С внедрением зяблевой пахоты глубиной 24—30 см водный баланс пахотных земель существенно изменился: во время снеготаяния почвенный покров на значительной глубине стал гораздо более рыхлым, что повысило его инфильтрационную способность. Благодаря этому ресурсы почвенной влаги увеличились, а поверхностный сток с полей уменьшился. Во время половодья в реки стало стекать меньше снеговых вод, благодаря чему и объем паводков многих рек уменьшился. Вместе с тем, как правило, более благоприятными стали условия питания подземных вод, что усилило питание рек в период межени, когда
вода представляет наибольшую народнохозяйственную ценность. Такая направленность имеет важное значение, но для практики необходимо количественно оценить размер этих преобразований. Этим целям служат данные полевых экспериментальных исследований, позволяющие сравнивать водный баланс естественных и пахотных угодий при различных приемах их обработки. Д л я решения проблемы агрономических преобразований водного баланса территории необходимо располагать соответствующими экспериментальными данными. Наилучшие результаты дают эксперименты, поставленные на воднобалансовых площадках, занимающих значительную часть длины склона при длине его порядка 250—300 м и при ширине 20—30 м. Здесь как бы решается линейная задача — выделяются площадки, на которых развиваются процессы формирования водного баланса с различно обработанных полей. Чрезвычайно важно подобрать такие серии площадок, чтобы сравнение баланса с каждой из них позволило бы отнести их различие только к исследуемому фактору — в данном случае к приемам обработки почвы. Эта цель достигается путем тщательного подбора экспериментальных объектов исходя из принципа: все признаки схожи, кроме изучаемого. Этим же целям могут служить хорошо подобранные небольшие водосборы логов при условии слабого развития на них гидрографической сети. Такие водосборы характеризуют водный баланс в начальной стадии гидрологического процесса. Методологическим подходам при постановке экспериментальных исследований я придаю особо важное значение, так как опыт показывает, что из-за методических неточностей результаты наблюдений приводили к искаженным представлениям о роли различных факторов в формировании водного баланса и стока. В последние годы достигнуто более или менее полное единство взглядов по данному вопросу, поэтому в СССР, как правило, результаты экспериментов сравнимы между собой, хотя еще лучшего следует желать в отношении подбора репрезентативных и сравнимых между собой по основным признакам экспериментальных объектов. Подобные эксперименты впервые были поставлены в Южном Заволжье Б. В. Поляковым (1938), с которым работал И. А. Кузник, опубликовавший в 1962 г. монографию по данному вопросу. С 1953 г. они были продолжены мной совместно с Г. В. Назаровым и Н. В. Разумихиным (Ль'вович и др., 1960). Эксперименты проводились одним способом при двух-трехкратной повторности, поэтому данные этих экспериментов принадлежат к числу вполне надежных. Результаты этих экспериментов, проводившихся в течение десяти лет, показали, что сток с зяби от 2 до 30 раз меньше, чем со стерни или залежи, а в среднем в 5 раз меньше. В При-
азовье, по наблюдениям, за шесть лет сток под влиянием зяби уменьшается в 4 раза, по исследованиям Н. Е. Мосиенко (1958), в Западной Сибири — в 3—б раз. В лесостепной зоне, по исследованиям в Каменной степи, сток с зяби в 2 раза меньше, чем с многолетней залежи, причем на зяби по пласту трав сток еще значительно меньше. По данным 11-летних исследований на стационаре Института географии АН СССР в Курской области, ведущихся А. М. Грином, Е. И. Чернышевым и др. под общим руководством автора, сток с зяби ib среднем в 2 раза меньше, чем со стерни и с озими (табл. 33). Таблица 33 Весенний водный баланс разных угодий по 11-летним исследованиям на Курском стационаре Института географии АН СССР Снегозапасы и осадки, мм
Сток, мм
Зябь
104
36
\
Стерня
125
1
Озимь
112 139 122
Угодья и х а р а к т е р обработки
к я э га ~
к Целинная степь S CQ 5-" I1 о b < 0J >~> I Выпасаемая степь о а> W —з 1 Лес
. . . .
158
Увлаж нение почвы, мм
Коэффи циент стока
68
0,34
81
44
0,65
81
31
0,72
10
129
0,07
46
76
0,37
155
0,02
3,3
Исследования на Курском стационаре Института географии АН СССР чрезвычайно интересны тем, что они не ограничиваются изучением водного баланса пахотных земель, а ведутся также и на естественных угодьях. Естественных нераспаханных земель в лесостепной зоне осталось очень мало, но такое сочетание исследований оказалось возможным благодаря целинным землям Стрелецкой степи Центрального черноземного заповеди ника. Целинная степь не распахивалась по крайней мере с 80-х годов прошлого столетия. Но весьма возможно, что она не распахивалась в течение более столетия. Она представляет собой степь с богатой растительностью, препятствующей сдуванию снега, с мощным слоем отмерших растений на поверхности почвы, а черноземная почва обладает высокой инфильтрационной способностью. Если за единицу принять элементы баланса на озими, то на целине снегозапасы на больше, сток — в 8 раз, а коэффициент стока •— в 10 раз меньше; что же касается увлажнения почвы, то оно в 4 раза больше, чем на озими. Вод-
ный баланс не очень интенсивно выпасаемой степи менее благоприятен, чем на целине, но все же благоприятнее, чем на озими. Чрезвычайно интересно, что в лесу, представляющем дубраву, почвенный покров обладает столь высокой инфильтрационной способностью, что поверхностный сток наблюдался в нем только два года из одиннадцати. Подобные же результаты получил А. Д. Дубах (1951) в Шиповом лесу Воронежской области и другие авторы. На основании приведенных данных можно сделать вывод о размерах стока с различных угодий в условиях Курской области (табл. 33). Все эти данные по изучению водного баланса различных угодий на Курском стационаре, как и другие аналогичные данные, весьма полезны для характеристики эволюции водного баланса в лесостепной зоне. Еще один пример влияния зяблевой пахоты на сток мы приведем для лесной зоны. Наиболее обстоятельное изучение элементов водного баланса в этой зоне осуществляется Валдайской гидрологической лабораторией. Изучение влияния зяблевой пахоты на сток в районе Валдая было начато еще в 1937 г. А. И. Решетниковым под руководством автора. С тех пор объем наблюдений несоизмеримо вырос, наблюдения улучшились в методическом отношении. По исследованиям за 1937—1941 гг. и 1950—1958 гг., коэффициент стока с залежи был равен 0,40, а с зяби — 0,27, т. е. в 1,5 раза меньше. Имеющиеся для отдельных лет данные по стоку со стерни показывают, что он хорошо соответствует стоку с залежи. Основные данные по изучению влияния зяблевой пахоты на сток обобщены на рис. 42, который показывает, что относительное уменьшение стока в результате зяблевой вспашки возрастает по мере уменьшения атмосферных осадков (Львович, 1960-6, 1963). В степной зоне при осадках 350—450 мм уменьшение стока колеблется приблизительно в пределах 4—7 раз, в лесостепной зоне, где осадки составляют 450—600 мм, уменьшение стока — в пределах 2—4 раза, в лесной зоне — в пред е л а х 1,3—2 раза. Кривая на рис. 42 имеет не только иллюстративное значение, она используется также и для расчетов. Агрономические влияния на водный баланс не ограничиваются ролью зяблевой пахоты, хотя именно ей в СССР принадлежит ведущее значение как наиболее массовому приему обработки почвенного покрова, освоенному в течение истекших двухтрех десятилетий. Имеет значение глубина пахоты, прибавка которой на 1—2 см уменьшает в засушливых районах сток примерно на 1 мм. Значительная роль принадлежит распашке целинных и залежных земель. Влияние этого фактора меняется в зависимости от состояния степи до распашки. Если распахивается залежь и вся площадь в процессе эксплуатации обрабатывается под зябь, поверхностный сток уменьшается приблизи-
а 800 s" ,
К
3700
QJ ffl
§600'
// /
500 |
/ / ,
400
,
' / / / / УЛ/7/
300
200
1
2
3
4
5 6 7 8 Уменьшение стока в"п" раз
Рис. 42. Уменьшение стока с полей под влиянием зяби
тельно в 5 раз, но если под зябью весной находится 60% площади, то уменьшение снижается до 2 раз. При распашке выпасаемой целины зябь уменьшает сток в 2—3 раза, а если площадь занята на 60% зябью, сток остается неизменным по сравнению со стоком, который был до распашки выпасаемой целины. Если перевести целину в залежь, то сток может увеличиться. Этот пример показывает, насколько сложно и многообразно-' гидрологическое значение агрономических приемов. Чрезвычайно интересны зависимости, подчеркивающие большую гидрологическую роль земледелия, особенно в засушливых районах, полученные для Северного Казахстана и юга Западной Сибири (Басс и др., 1969). Так, для р. Ишим до Целинограда за девятилетний период установлена обратная зависимость весеннего стока от площади, распаханной под зябь. При 10% площади бассейна, занятой зябью, весенний сток составляет35 мм, а при 30% —только 10 мм. Д л я этого же бассейна получена прямая зависимость весеннего стока от площади, занятой во время снеготаяния стерней, например: при площади стерни в 30% сток достигает 35 мм, а при площади в 5% — 10 мм. Достоверность связей довольно высокая, причем рассеяние точек на зависимостях отражает влияние естественных факторов,, но их роль в данном случае оказывается меньшей, чем антропогенного фактора. На сток влияет и травосеяние, хотя его гидрологическая роль иногда и переоценивается. Этот прием во время произрастания трав в системе севооборота, как правило, не уменьшает,, а чаще всего увеличивает поверхностный сток, но в годы, последующие за посевами трав, инфильтрационная способность.
повышается в сравнении с севооборотами, в составе которых травосеяние отсутствует. Кроме того, с полей, занятых травами, уменьшается смыв почвы, так как они закрепляют почву. На продуктивных лугах, постоянно занятых травами, но не используемых под интенсивный выпас, инфильтрационная способность почвы повышается, а поверхностный сток уменьшается. В общем гидрологическая роль травосеяния не может быть охарактеризована однозначно. В зависимости от характера травосеяния и использования полей, занятых травами, инфильтрационная способность почвы в одних случаях может уменьшаться, в других — увеличиваться, а сток, следовательно, изменяться в противоположных направлениях. Д л я иллюстрации такой роли травосеяния приведу обобщенные результаты исследований в девяти пунктах Европейской части СССР. Коэффициент стока с многолетних трав в преобладающем числе случаев составлял 0,5—0,6, приблизительно таким же или несколько выше он был на залежи, но после подъема зяби по пласту тра'в коэффициенты стока уменьшились в 5 раз и более. В то же (время на зяби по старопашне они в 2—4 раза выше. Определенное влияние на водный баланс оказывает применение удобрений, которые усиливают жизнедеятельность растений, способствуют развитию оиощной корневой системы и тем самым рыхлению почвы и увеличению ее инфильтрационной способности. Для иллюстрации совместного эффекта травосеяния и удобрений приведу результаты 12-летних исследований на опытной станции Бесени (штат Миссури, США). При средних годовых осадках в 750 мм слой стока с различно обработанных полей был следующим (Smith, 1943): Монокультура кукурузы и пар без 214 мм 1000/с удобрений Трехлетний севооборот: . 125 мм 54% без удобрений . . . . 104 мм 49% с удобрениями . . . 52 мм 24% Люцерна с удобрениями
Из этих данных следует, что травосеяние в сочетании с удобрениями уменьшает сток в 4 раза в сравнении с некультурной пашней и в 2 раза — в сравнении с севооборотом. Другой трехлетний опыт — в штате Айова показал (Беннет, 1958), что при годовых осадках в 682 мм с поля, занятого кукурузой, в зависимости от количества ежегодно вносимого навоза коэффициенты стока были следующими: без внесения навоз а — 0,10, при 17 т/га навоза — 0,07, гори 35 т/га— 0,04. Соответствующие данные для пара — 0,20, 0,18 и 0,14. Другой опыт на той же станции позволил установить, что поверхностный сток с удобренных полей в 1,5 раза меньше, чем с неудобренных, но расход воды на испарение оставался почти неизменным. Это
объясняется тем, что значительная часть влаги, дополнительно поступавшей в почву за счет уменьшения поверхностного стока, расходуется на просачивание вглубь ниже корнеобитаемого слоя и служит резервом для обеспечения растений влагой в засушливые годы, частично же расходуется на питание подземных вод. О размерах этого явления можно судить по тому факту, что просачивание влаги вглубь под влиянием удобрений увеличилось на поле под паром на 234 мм, а на поле, занятом кукурузой,— на 116 мм. На экспериментальных станциях США тщательно изучался противоэрозионный и гидрологический эффект террасирования склонов на пахотных землях. Данные многочисленных исследований («Compilation...», 1940-а, 1940-в, 1940-c;«Soil and water...», 1937, и др.) показали, что на террасированных хорошо культивированных полях поверхностный сток уменьшается в 3—9 раз, а на слабокультивированных полях с «бедным» севооборотом — на 20—60%. Весьма интересный опыт, характеризующий совокупное влияние террасирования и травосеяния на сток, был проведен в Гастингсе, штат Небраска (Allis, 1953). Опыт, продолжавшийся 12 лет, проводился на двух водосборах: площадью 195 га (№ 3) и площадью 166 га (№ 5). В течение первых шести лет агротехника на обоих водосборах была схожа. Начиная с седьмого года после начала опыта на водосборе № 5 проводились агромелиоративные меры — террасирование и травосеяние, причем через четыре года (на десятый год опыта) объем запланированных мер был осуществлен на 65% площади и дальнейшие работы прекратились. Шесть первых лет наблюдений, до начала культирования водосбора № 5, сток с обоих водосборов был одинаков, но сразу же после начала агромелиоративных работ сток на водосборе № 5 стал уменьшаться в сравнении со стоком с водосбора № 3, и через пять лет это уменьшение достигло почти 20%. Весьма интересно, что этот вывод относится не только к годовым величинам стока, но и к максимальным наводочным расходам, которые после террасирования оказались на 70% меньше, чем до террасирования. На основании этого опыта сделан вывод о том, что террасирование склонов и севообороты с травосеянием в условиях центральной части Великих равнин США уменьшают сток на 30%, а максимальный— в 2 раза. Весьма влияет на сток выпас скота. Данные эксперимента на Курском стационаре Института географии АН СССР показывают, что интенсивный выпас скота увеличивает сток в 4,5 раза, а коэффициент стока — почти в 5 раз в сравнении с целиной. Это влияние связано не только с уплотнением почвы в результате вытапты'вания луга, но также и с интенсивным поеданием трав, в результате чего жизнедеятельность растительности уменьшается и нарушается слой дерна, весьма способствующий 14 — 4897
385
повышению инфильтрационной способности почвы. Аналогичный вывод получен и на стационаре в Каменной степи, где на участке целинной степи сток практически отсутствует, а на лугу, интенсивно используемом на выпас, коэффициент стока достигает 0,63 (Львович, 1963). По упомянутым выше исследованиям, на опытной станции в Бесени при увеличении интенсивности выпаса скота со 113 до 173 дней на одну голову крупного рогатого скота на 1 акр поверхностный сток возрос с 22 до 39 мм, т. е. почти в 2 раза. Опыты в Небраске показали, что при отсутствии стока с невыпасаемого луга сток с пастбища превышает 20 мм. В обоих случаях осадки составили около 300 мм («Hydrologic data...», 1942). Интересный 22-летний опыт был проведен на экспериментальной станции в штате Юта на двух луговых водосборах по 4 га каждый («А study...», 1940; «Influence...», 1940). В течение первых пяти лет наблюдений, когда различия в густоте травостоя были особенно значительны, сток на водосборе В был в 5,4 раза меньше, чем на водосборе А. В последующие 15 лет сток с водосбора В был в среднем в 2,7 раза меньше, чем с водосбора с менее густым травостоем. В 1934 г., т. е. через 20 лет после начала наблюдений, на водосборе В был начат очень интенсивный выпас, в результате чего в 1936 г. густота травостоя уменьшилась с 40 до 25%. В итоге соотношение стока с двух водосборов уменьшилось до 1,5 раза. Выше уже упоминалось, что лес, в котором производится выпас, теряет свои водорегулирующие свойства в результате неблагоприятной трансформации лесной почвы. Д л я иллюстрации этого явления приведу примеры. По наблюдениям Ю. Ф. Готшалка, на Тростянецкой опытной станции с двух естественных лесных участков стока почти не было, а с интенсивно выпасаемого участка весеннее снеготаяние и три ливня образовали сток в 38,6 мм, это почти соответствует расходу воды на транспирацию и на питание подземных вод в условиях этого района. Аналогичны наблюдения на экспериментальной станции центральных штатов США: в используемом под выпас дубовом лесу коэффициент стока достигает 0,13, а в подобном же естественном лесу равен всего лишь 0,02, т. е. в 6,5 раза меньше («Influence...», 1940). На гидрологическом режиме лугов сказывается их использование не только в качестве пастбищ, но и для сенокосов. Так, по наблюдениям на Курском стационаре, степь, используемая под сенокос с применением сенокосилок, дает сток даже более высокий (0,44), чем с выпасаемого луга (0,37), и в 4 раза больше, чем с целины. Здесь сказывается уплотнение почвы колесами сенокосилок, тракторами и лошадьми. В Каменной степи коэффициент стока с косимой степи составил 0,43 при коэффициенте стока с пастбища в 0,63. По наблюдениям в Приобской степи (Мосиенко, 1958), коэффициенты стока с выпасае-
мой степи и естественного сенокоса одинаковы (0,67). Эти данные говорят о том, что сенокошение, особенно при применении тракторных сенокосилок, уменьшает инфильтрационную способность почвы почти в такой же мере, как и интенсивный выпас. Большое преобразующее гидрологическое значение имеют полезащитные лесные полосы, особенно если они располагаются поперек склона и перехватывают весенний сток с полей. Теоретические и экспериментальные исследования (Львович, 1950-6, 1963 и др.) показывают, что расположенные таким образом лесные полосы в лесостепной зоне аккумулируют до 4000— 5000 мъ воды на 1 га полосы шириной до 40—50 м. Но влияние лесных полос на водный баланс территории не ограничивается задержанием поверхностного стока. Они являются также мощным фактором снегозадержания на межполосных полях и, как показали наши эксперименты (Львович, 1954), уменьшают непродуктивное испарение на 10—15%, чем немало способствуют повышению урожаев. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОДНОГО БАЛАНСА РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ПОЧВУ
В предыдущем разделе рассмотрены основные направления местных гидрологических преобразований в результате различных агротехнических и агролесомелиоративных воздействий на почву. Все эти воздействия преследуют другие цели — главным образом повышение продуктивности земледелия, но, поскольку почти все агрономические меры изменяют инфильтрационную способность почвы, постольку они оказывают влияние на водный баланс. Наиболее существенны почвенные преобразования в зоне недостаточного увлажнения, где осуществляется ряд мер по умножению ресурсов почвенной влаги как одного из важных элементов плодородия почвы. Почва без воды мерт'ва, в сухой почве невозможны биологические процессы, она теряет плодородие. Вот почему передовые агрономы нашей страны еще в прошлом столетии обратили внимание на необходимость проведения мер по дополнительному увлажнению почвы. В этом разделе прослеживается эволюция водного баланса Центральночерноземного района, бассейнов рек Дона, Волги и Днепра, а также некоторых рек зарубежной части Восточной и отчасти Центральной Европы. Всех желающих подробно ознакомиться с этой проблемой отсылаем к книгам, специально ей посвященным (Львович, 1963; «Водный баланс СССР...», 1969). Главная отличительная особенность древней степи, до распашки, заключалась в пышном естественном растительном травяном покрове и в большем распространении лесов, а также в почвах, обладающих высокой инфильтрационной способностью. В таких условиях почти вся снеговая вода и дождевые 14*
387
осадки усваивались почвой, поверхностный сток был незначителен и питание рек в основном происходило за счет подземных вод. Паводки на реках были более сглаженны, и объем их был значительно меньше. Обо всех этих гидрологических свойствах целинной степи можно судить благодаря сохранившейся целинной Стрелецкой степи на территории Центрального черноземного заповедника в Курской области, в котором Институтом географии АН СССР проводятся воднобалансовые исследования (см. табл. 33), а также на основании аналогичных исследований в Каменной степи Воронежской области. Распашка степи при примитивных приемах земледелия привела к снижению инфильтрационной способности почвы, усилению поверхностного стока, а следовательно, и паводков на реках; почва, не закрепленная растительностью, в условиях более интенсивного поверхностного стока стала подвергаться ускоренной эрозии. Этому способствовала система перелогов, когда после нескольких лет использования земли под посевы участок забрасывался и превращался в залежь, сток с которой был еще больше, чем со свежей пашни. Такой процесс, начавшийся в лесостепной зоне в средние века, продолжался вплоть до начала XX в. Изменения, конечно, происходили в течение столь продолжительного времени, но изменения положительного характера, например: освоение трехпольной системы земледелия или появление конного плуга, который хотя и медленно, но стал вытеснять соху, но эти меры не перекрывали в общем отрицательного влияния земледелия на водный баланс. Этому больше всего мешала система общинного земледелия с ее мелкополосицей, отсутствием у крестьян выгонов и другие явления, мешающие прогрессу земледелия. На рис. 43 приведены данные, характеризующие эволюцию водного баланса в условиях центральночерноземных областей за тысячелетие (приблизительно с IX—X вв. по настоящее время) и на 2000 г. (Грин, 1965). В расчетах атмосферные осадки приняты одинаковыми для всех периодов. Это не значит, что фактически они не подвергались колебаниям в связи с ритмами увлажненности, но для сравнимости элементов водного баланса разных периодов и для выявления преобразований почвенного происхождения удобнее исходить из одинаковых величин осадков. Что касается коэффициента питания рек подземными водами, то он принят постоянным в связи с большой устойчивостью этого показателя структуры водного баланса. Ключом к реконструкции водного баланса прошлого послужили данные помещенной выше табл. 33, а также аналогичные материалы наблюдений в Каменной степи. Изучение водного баланса на участках целинной степи и в лесу позволяет воспроизвести условия его формирования в лесостепи еще до ее распашки. Стерня характеризует водный баланс в условиях примитивного земледелия, преобладавшего в прошлом.
Рис. 43. Э в о л ю ц и я в о д н о г о б а л а н с а Центральночерноземного района Р — осадки, R — полный речной сток, V — подземный сток, S — поверхностный сток, W — валовое увлажнение территории, Е — испарение
Ход графиков на рис. 43 свидетельствует о заметных качественных преобразованиях структуры водного баланса. Дальнейшее развитие этого процесса ожидается в 80-х годах и еще более существенное—к 2000 г. Основные факторы этих преобразований: полное освоение зяблевой пахоты, повышение ее качества (увеличение глубины, сроки вспашки), применение специальных мер по уменьшению поверхностного стока и эрозии в тех местах, где с помощью зяблевой пахоты невозможно ликвидировать поверхностный сток, широкое применение удобрений, уменьшающих поверхностный «сток, по данным пока еще единичных опытов, приблизительно в 1,5 раза, широкое распространение полезащитных лесных полос и ряд других мер, которые будут рождены в результате прогресса сельскохозяйственной науки и которые в деталях предвидеть, конечно, трудно. Стихийная эволюция водного баланса, и притом отрицательного характера, происходила постепенно, почти в течение тысячелетия. Что же касается преобразований, осуществленных в те-
чение 30—40 лет и ожидаемых в течение ближайших десятилетий, то по своей направленности, темпам улучшения водного баланса и уменьшения речного стока за счет его паводочной составляющей они носят революционный характер. Д л я оценки изменений речного стока, происшедших под влиянием мер по интенсификации земледелия, служит балансовый метод (Львович, 1950-а, 1963), с помощью которого, привлеТаблица 34
•<8ои а о
Днепр и Южный Буг Дон и реки Приазовья Волга и Южное Заволжье . . . . Юг Европейской части СССР .
. .
ta о
К о и *
осо >. ч 2 2 «
54 30
29 30
1,7 4,0
255
80
6
339
139
11,7
н о О U ш иа н о
5 J
и
*
га о>
Вь
| га « о
о
<т>
' я 2
на нач год
стока,
ш о от стока р-на наи^ я ss большего использова8 ния для земледелия
« га с.
Уме
от стока р-на наибольшего использования для земледелия
кога
Уменьи стока,
прогноз на перспективу
Район
в том числе территории 1 наибольшего использования для земледелия
Полнь ной ст
о »
Преобразование стока рек Европейской части СССР под влиянием земледелия
на пе ти
я м о н о 0и 0о1 m (о
6 9
3,2 13
6 13
11 30
21 30
20
2,4
7,5
8
25
35
3
8
10
25
кая необходимые данные экспериментальных наблюдений, произведен расчет преобразований стока рек южной половины Европейской части СССР (табл. 34). В основу этой таблицы положены результаты исследований по Южному Бугу, Днепру и Южному Заволжью Г. В. Назарова (1966), по Волге— С. В. Басса (1966), по Дону — автора (Львович, 1960-6). Подробно эти исследования освещены также в книге «Водный баланс СССР и его преобразования» (1969). В Советском Союзе преобразования водного баланса речных бассейнов и речного стока в результате повышения продуктивности земледелия не ограничиваются Европейской частью СССР, но здесь они лучше изучены, и поэтому мы можем их подробнее осветить. В Северном Казахстане и Западной Сибири, где преобразования водного баланса и стока изучал упоминавшийся выше С. В. Басс при участии Н. В. Жуковой
(Басс и др., 1969), была установлена динамика сельскохозяйственных угодий по годам после начала освоения целинных и залежных земель и проведен кропотливый анализ последствий этой динамики. О высоких темпах распашки общеизвестно. Например, площадь под пашней в бассейне р. Ишим до Петропавловска (118 тыс, км2) выросла с 13,2% водосбора (1 560 тыс. га) в 1954 г. до 35,3% (4 170 тыс. га) в 1962 г. Однако освоение зяблевой пахоты производилось весьма неравномерно: в первые годы освоения целины площадь под зябью очень быстро росла и с 8,2% в 1954 г. увеличилась до 27,3% в 1957 г., но в 1958— 1960 гг. ее площадь уменьшилась до 7—9,2%, а в 1962 г. снова выросла до 30,2% площади водосбора. Следовательно, в 1958— 1960 гг. почти вся распаханная площадь представляла стерню, сток с которой выше, чем с целины. Гидрологические последствия такого неравномерного освоения зяби выразились в том, что в первые годы освоения целинных и залежных земель (1955—1958), когда под зябь распахивалась почти вся площадь пашни, сток р. Ишим был на 7% ниже, чем в условиях до ее освоения, а в 1959—1961 гг., когда площадь под зябью уменьшилась, сток увеличился на 7%, затем под влиянием роста площади зяби сток снова уменьшился на 9%. Следовательно, за десять лет амплитуда изменений стока р. Ишим чисто антропогенного происхождения, не считая колебаний стока, связанных с колебаниями климата, достигла 16%. Правда, в абсолютных величинах преобразования в данном случае невелики. Преобразования водного баланса территории и речного стока происходят и за рубежом, причем в некоторых странах Восточной и Центральной Европы они изучены довольно хорошо, хотя и с применением методических приемов, отличающихся от примененных для Советского Союза. Интересные результаты исследований для Германской Демократической Республики были получены X. Кальвейтом (Kalweit, 1953) главным образом на примере р. Заале. Годовой водный баланс Г Д Р в общих чертах складывается следующим образом: осадки — 73,5 км3, сток — 29,5 км3, испарение — 44,0 км3, или 60% осадков; при этом испарение непрерывно растет, что связано с интенсификацией сельского хозяйства (ростом механизации, применением удобрений, улучшением обработки почвенного покрова) и с рядом других мер, направленных на по-, вышение урожайности. По исследованиям в Г Д Р и ФРГ, установлено (и это хорошо согласуется с нашими выводами), что с ростом урожайности увеличивается расход воды на транспирацию. Рядом опытов доказано, что при росте урожая овса с 8,3 до 12,8 ц/га относительное водопотребление (на 1 т зерна) снижается с 620 до 450 мм, а абсолютное водопотребление возрастает с 515 до 582 мм. Существенную роль в увеличении расходования воды играют пожнивные культуры, которые полу-.
чают все большее распространение и удлиняют процесс расходования воды на производство растительной массы. Исследованиями разных авторов установлено, что за истекшие 150 лет (примерно к 1950 г.) в Германии в связи с повышением продуктивности сельского хозяйства расход почвенной влаги на испарение возрос на 50 мм в год. Почти соответственно уменьшился речной сток. В Г Д Р были опубликованы интересные данные о росте урожайности за истекшие 70 лет. За это время сбор зерновых повысился на 10 ц/га, вследствие чего расход воды на производство растительной массы увеличился на 70 мм в год, а речной сток и количество почвенной влаги снизились. В. Вундт (Wundt, 1939) считает, что в .климатических условиях Германии возможно дальнейшее повышение урожайности и связанное с этим увеличение потребления воды культурными растениями на 60 мм в год, в том числе на 10 мм за счет повышения доли продуктивного испарения, на 20 мм — за счет увеличения осадков, что X. Кальвейт (Kalweit, 1953) считает проблематичным, и на 30 мм — за счет уменьшения стока. Интересны расчеты Ширмера (Schirmer, 1948). Он подсчитал, что, для того чтобы удовлетворить потребность Г Д Р в растительной массе на 80%, необходимо повысить урожайность с 4,5 до 5,7 т/га сухой массы. С таким ростом урожайности связано увеличение продуктивного испарения на 25%, что должно повлечь уменьшение годового стока на 15 мм, а летнего сток а — на 10%. Если бы была поставлена задача полного удовлетворения растительной массой потребностей ГДР, то урожай необходимо было бы повысить до 7,5 т/га сухой массы. При этом расход воды на транспирацию возрос бы на 66%, годовой сток уменьшился бы на 40 мм, а летний сток снизился бы приблизительно на 40%. По подсчетам того же автора, для восполнения ущерба, который при этом будет нанесен водному хозяйству в результате уменьшения речного стока, особенно наиболее дефицитного летнего стока, в Г Д Р требуется создание водохранилищ многолетнего регулирования общей емкостью 3 10 км . Более подробный расчет изменений испарения и стока под влиянием повышения продуктивности земледелия произведен для р. Заале (Kalweit, 1953). Результаты этого расчета привели к вполне определенному выводу об увеличении испарения в зимнее полугодие на 5 мм и в летнее — на 12 мм, всего за год — на 17 мм. Соответственно уменьшается сток р. З а а л е на 6 мм зимой и на 11 мм летом, т. е. соответственно на 9 и 29%, а в среднем за год — на 16%. Произведенное X. Кальвейтом сопоставление многолетнего хода уровней р. Заале с атмосферными осадками и урожайностью показывает, что изменения стока в таком масштабе уже произошли в прошлом. Средняя урожайность получена им как средневзвешенная величина урож а я для разных сельскохозяйственных культур.
Динамика урожайности в Германии начиная с 1885 г. характеризуется следующими чертами. С 1895 до 1914 г. урожай резко повышался и за это время увеличился на 56%. Во время первой мировой войны урожай стал уменьшаться и достиг критического значения в 1926 г., но к 1941 г. повысился примерно на 70% по отношению к урожаю конца прошлого столетия. Средние уровни р. Заале с 1885 по 1920 г. снизились на 42 см, затем « 1932 г. последовал подъем, а к 1938 г.— снова спад, который с 80-х годов прошлого столетия составил 41 см. К 1941 г. уровень опять стал повышаться. X. Кальвейт отмечает, что ход уровней воды р. Заале в общем соответствует ходу осадков, но указывает на несогласованность, которая не могла бы найти объяснение без учета хода урожайности. Так, в период повышения урожайности с 1889 по 1910 г. осадки оставались неизменными, а уровень р. Заале снижался. В годы, предшествовавшие первой мировой войне, урожайность была высокая, поэтому, как считает X. Кальвейт, при нормальных осадках уровни воды в реке были на 15 см ниже, чем в середине 90-х годов прошлого столетия, когда осадки были такие же, но урожай 'был значительно ниже. Анализ водного режима р. Заале с учетом климатических условий и антропогенного фактора (хода урожайности) позволил X. Кальвейту установить, что на водный режим реки помимо естественных климатических факторов влияют хозяйственные факторы, последствия которых в общем заключаются в снижении водности рек. Река Заале рассматривается как типичная германская река, и выводы, полученные для этой реки, X. Кальвейт считает возможным распространить на все реки Германии. В другой своей работе X. Кальвейт (Kalweit, 1955) оценивает уменьшение стока р. Липпе в 1947—1949 гг. в сравнении с 1919—1921 гг. под влиянием повышения продуктивности земледелия в 48 мм, что составляет более 9% стока этой реки. Новые тщательные и весьма интересные расчеты водного баланса ФРГ, произведенные Р. Келлером (Keller, 1970), показали, что испарение на территории страны за период 1931 — 1960 гг. увеличилось на 81 мм в сравнении с периодом 1891 — 1930 гг., а речной сток во втором периоде уменьшился на 56 мм, или на 14%, хотя осадков выпало на 25 мм больше, чем в первом. Столь существенное преобразование водного баланса автор этого исследования объясняет более высоким уровнем земледелия после 1951 г. Действительно, на территории, занимающей 57% площади страны, урожаи повышались следующим образом: в 90-х годах XIX в.
Озимая пшеница, ц/га Картофель, ц/га . . Луга, ц/га
17,5 115 34
в 30-х годах XX в.
22 168 43
в 50-х годах XX в.
30 220 54
При росте урожаев почти в 2 раза расход воды на транспирацию на сельскохозяйственных угодьях увеличился приблизительно на 100 мм, что не могло не сказаться на всех других элементах водного баланса, в том числе и на речном стоке. Д л я рек Польши также установлено уменьшение стока под влиянием роста продуктивности земледелия. Так, польские исследователи Т. Дубровин и С. Рогинский (Dubrowin, Roginski, 1954) установили, что сток р. Нотец уменьшился под влиянием земледелия на 38% в сравнении с 1883—1892 гг. При этом метеорологические условия двух периодов были настолько схожи, что не могли сколько-нибудь заметно повлиять на величину стока. Для США весьма существенные изменения стока под влиянием земледелия оцениваются в зависимости от Мощности почвенного (покрова. Так, комплекс мероприятий по повышению продуктивности земледелия при почвах малой мощности уменьшает полный речной сток с 490 до 372 мм, т. е. на 24%, а при почвах большой мощности — с 360 до 236 мм, т. е. почти на 35% (Соок, 1951). Приведенные примеры преобразования водного баланса и стока убедительно показывают, что повышение продуктивности земледелия неизбежно требует увеличения расходования воды на производство растительной массы и это в основном происходит за счет питания рек поверхностным (паводочным) стоком и в конечном счете за счет полного речного стока при возможном некотором увеличении подземного стока в межень и в периоды между паводками. Но масштабы этих преобразований в будущем должны увеличиваться в гораздо больших масштабах. В расчетах, приведенных в гл. IX (см. табл. 31), рост урожаев зерновых на перспективу принят в 3 раза больше и исходит из предположения, что он достигнет 1,8 т/га. Но уже 'сейчас во многих странах средние урожаи зерновых составляют 2,5 — 3 т/га, а в некоторых достигают 4 и даже 5 т/га. По этой причине весьма вероятно, что допущенные мною предположения о росте урожаев в условиях будущего, по-видимому, преуменьшены. Суммарное же производство зерна возрастет 'в 4—5 раз. Однако расчет расходования воды неорошаемым земледелием, приведенный в гл. X, исходит из суммарного производства сельскохозяйственных культур, необходимого для удовлетворения потребностей людей. Если, следовательно;" урожаи будут выше предположенных мною, то для производства необходимого количества продовольствия потребуется меньшая площадь пашни. С точки зрения экономии водных ресурсов особенно важно уменьшение производства продовольственных культур орошаемым земледелием, которое относится к числу наиболее; водоемких производств и расходует на единицу продукции гораздо больше воды. неорошаемое земледелие. Это исключитель-
но важный признак для определения главных направлений развития хозяйства. Отсюда при равном качестве следует предпочитать такие культуры, которые позволяют производить их при минимальном расходовании водных ресурсов. В решении этой проблемы большую роль играют селекции. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РИТМЫ УВЛАЖНЕННОСТИ
Все приведенные выше показатели водного баланса и водных ресурсов исходят из средних многолетних величин, которые, как сказано в гл. IV, преимущественно относятся к последним трем-четырем десятилетиям. Это же относится и к преобразованиям, освещенным в настоящей главе (они также приводятся в сравнении с осредненными характеристиками за разные периоды). Эти периоды охватывают внутривековые циклические колебания , поэтому осредненные характеристики нельзя считать устойчивыми. Их устойчивость относится лишь к некоторой «линии» (значению), симметрично рассекающей циклические колебания, заключающиеся в смене групп маловодных и многоводных лет. Этой закономерности способствует естественное регулирование подземной составляющей водного баланса суши и искусственное регулирование речного стока водохранилищами. Общее направление многолетнего регулирования заключается в том, чтобы воду, аккумулированную в многоводные, периоды, расходовать в маловодные. Чем чаще маловодные периоды сменяются многоводными, тем легче регулировать сток. Но географической наукой открыты циклические колебания, или ритмы увлажнения, длительного характера, продолжительстью 1800—2000 лет. Они обстоятельно изучены советским географом А. В. Шнитниковым, проследившим их характер начиная с XIV в. до н. э. вплоть до наших дней (Шнитников, 1957). Д л я этой цели он использовал широкий комплекс признаков: колебания уровня озер и положение озерных и речных террас, изменчивость морских и океанических трансгрессий и регрессий, а также колебания горного оледенения, распространение лесов, определяемое для далекого прошлого по анализу цветочной пыльцы в торфяных толщах, археологические находки и др. Перекрестный анализ всех этих явлений позволил установить, что, современный многовековой ритм, начавшийся около 500 лет назад, сначала характеризовался высокой увлажненностью,, продолжавшейся до конца XVIII — начала XIX столетия; со второй половины XIX в. эта фаза сменилась спадом увлажненности материков. Какие явления сопутствуют колебаниям увлажненности материков? Период спада увлажненности вплоть до начала текущего" тысячелетия отличался преимущественно сухим и теплым кли-
матом. Горные ледники на всем земном шаре отступали. Ледовитость полярных морей уменьшилась. Именно эти условия благоприятствовали плаваниям викингов в северной части Атлантики и открытию Исландии, Гренландии и затем 'восточного побережья Северной Америки. Реки были маловодными, о чем свидетельствует низкое стояние уровня Каспийского и Аральского морей. А. В. Шнитников (1968) характеризует современный ритм увлажненности и на целом ряде фактов показывает, что в настоящее время происходит спад общей увлажненности материков. Анализ закономерностей ритмических колебаний увлажненности позволяет ему установить тенденцию состояния водных ресурсов до конца текущего столетия и на XXI в. В течение этого периода ожидается обеднение водного баланса континентов в пользу водного баланса Мирового океана. В связи с этим следует ожидать уменьшения речного стока и ухудшения водного баланса озер. Обстоятельные исследования ритмических колебаний увлажненности мы излагаем кратко и схематично в связи с тем, что эта большая проблема хорошо освещена в печати А. В. Шнитниковым, а также в работе Г. К- Тушинского (1966). Из чрезвычайно интересных исследований ритмических колебаний увлажненности следуют некоторые практические выводы. Медленный систематический спад водности рек и обеднение подземных вод характеризуют текущую фазу современного ритма. Это, конечно, явление отрицательное. Вряд ли уменьшение водности в ближайшие десятилетия будет существенным, но с ним нельзя не считаться при планировании на продолжительные сроки использования и охраны водных ресурсов. По этой причине размеры преобразований водного баланса и водного режима следует учитывать на будущее «с запасом», имея в виду необходимость компенсации того недостатка в водных ресурсах, который может (произойти под влиянием ритмических колебаний увлажненности. Одновременно необходимо и дальше продолжать исследования ритмов и поиски методов прогноза размеров ожидаемого уменьшения водности. ПРОГНОЗ МИРОВОГО БАЛАНСА НА ПЕРСПЕКТИВУ
На основании принципов использования и охраны водных ресурсов и практических выводов по этой проблеме, рассмотренных в гл. VIII и IX, а также направлений преобразования водного баланса и водных ресурсов, освещенных в предыдущих разделах настоящей главы, дается прогноз преобразований на перспективу. То, что можно представить по этой проблеме для условий будущего (ориентировочно на 2000 г.), сведено в табл. 35. Главная задача этой таблицы — показать тенденцию преобразований водного баланса. Величины преобразований носят,
Таблица 35 Приближенный прогноз преобразований мирового водного баланса суши на перспективу Водный б а3 л а н с *,
км
Элементы б а л а н с а
Х а р а к т е р преобразований современный
Осадки . . . Полный речной сток
.
110 300 38 800**
Устойчивый сток подземный сток в реки и возобновимые запасы подземных вод .
ожидаемый в перспективе
110 300 37 500 *** Перевод 700 км3 паводочных вод в ресурсы почвенной влаги на пахотных землях, увеличение испарения в лесах и с поверхности водохранилищ на 600 км3
14 000
22 500
12 000
17000
Увеличение устойчивого на 8500 км3 путем:
магазинирования подземных вод
5000
стока
км3
сток, зарегулированный озерами и водохранилищами
2 000
5 500
Поверхностный сток (паводочный) . . . .
26 800
20 500
Использование 6300 км3 поверхностного стока, в том 3 числе 1300 км на задержание влаги в почве и на рост испарения, и 5000 км3 для магазинирования подземных вод
Валовое увлажнение территории .
83 500
89 800
Умножение 6300 км3 за счет дополнительного увлажнения неорошаемых земель и увеличения испарения — 1300 км3, а также за счет магазинирования подземных вод — 5000 км3
Испарение
71 500
72 800
Увеличение на 1300 км3за счет повышения урожайности и роста испарения с водохранилищ
.
.
.
регулирования 3500 км3 паводочных вод водохранилищами
* Округленные величины. ** Исключая сток воды (льда) с полярных ледников. *** Исключая сток воды (льда) с полярных ледников ного расхода воды на хозяйственные нужды.
и не учитывая
безвозврат-
конечно, сугубо приблизительный характер, но они дают общее представление о тех изменениях, которые возможно осуществить охарактеризованными выше методами расширенного воспроизводства. Сущность основных преобразований заключается в следующем. Увеличение устойчивой части речного стока с 14 тыс. км3 до 22—23 тыс. км3, причем это в основном будет достигнуто регулированием водохранилищами паводочного стока, за счет которого 'в ближайшие десятилетия устойчивый сток возрастет примерно на 3,5 тыс. км3, и магазинированием 5 тыс. км 3 подземных вод. Такой характер преобразований позволяет увеличить водные ресурсы класса I А (см. стр. 261), т. е. ту часть водных ресурсов, которая наиболее доступна для использования и поэтому представляет особую ценность для хозяйства. Можно полагать, что к. п. д. искусственного магазинирования подземных вод в среднем будет равен 0,5—0,7. Это значит, что примерно 7з магазинированных подземных вод практически нельзя будет использовать. Если это предположение оправдается, то эффективность искусственного магазинирования подземных вод нужно будет признать высокой. Но и вода, которую нельзя извлечь из данного подземного водохранилища, будет продолжать свое участие в круговороте и в конце концов послужит для пополнения других подземных горизонтов или для питания рек подземными водами. Другое крупное преобразование коснется умножения ресурсов почвенной влаги на неорошаемых землях примерно в объеме 700 км 3 за счет соответствующего уменьшения поверхностного (паводочного) стока. Кроме того, приблизительно на 600 км 3 увеличится испарение с лесных территорий и лугов, что будет вызвано повышением их продуктивности, а также за счет роста испарения с новых водохранилищ. В результате этих мер ресурсы почвенной влаги возрастут примерно на 1000 км 3 . Валовое увлажнение территории увеличится еще на 5000 км 3 за счет искусственного магазинирования подземных водохранилищ. С увеличением влажности почвенного покрова обычно возрастает и питание подземных вод. Интересно оценить, насколько оно может увеличится при росте ресурсов почвенной влаги на 1000 км 3 . Д л я этого нужно определить коэффициент питания рек подземными водами Кг/ (см. гл. IV, стр. 76). Если принять его равным среднему значению для земного шара, то следует разделить подземный сток в реки (12 000 км 3 ) на валовое увлажнение территории (83 000 км 3 ). Отсюда для всей суши К и =0,145. Д л я условий дополнительного питания подземных вод сверх 12 000 км3 коэффициент К и должен быть несколько выше. Примем предположительно, что его значение возрастет до 0,2. Тогда питание рек подземными водами увеличится на 200 км3
(1000—0,2). Абсолютно это весьма значительная величина—она больше всего безвозвратного расхода воды на хозяйственнопитьевое водоснабжение более чем шестимиллиардного населения земного шара, ожидаемого к 2000 г. Но относительно современного подземного стока в реки эта величина составляет всего лишь 1,7. По этой причине увеличение питания подземных вод, связанное с ростом ресурсов почвенной влаги, мы не учитываем в прогнозе преобразований водного баланса, считая, что если оно и произойдет, то пойдет на компенсацию потерь воды, которые, вероятно, неизбежны при создании подземных Таблица 36 Прогноз преобразований водного баланса СССР
(км3)
Водный баланс Элементы баланса
Осадки Полный речной сток . Устойчивый сток , В том числе: подземный сток и магазинированные подземные воды . . сток, зарегулированный озерами и водохранилищами Поверхностный (паводочный) сток Валовое увлажнение территории Испарение . . . . . . . .
современный
преобразованный
10 960 4 350 * 1 300 **
10 960 4 200 * 2 100 s
1 020
1 200
280 3 330 7 630 6 610
900 3 000 7 960 6 760
* Не учитывая транзитного стока и безвозвратного расхода воды на хозяйственные нужды. ** Включая сток, зарегулированный озерами и водохранилищами.
водохранилищ. Другими словами, эта неучтенная нами прибыль ресурсов устойчивого стока пойдет в запас на тот случай, если в сделанных допущениях преувеличен к. п. д. магазинированных подземных вод. Вполне реальные в перспективе преобразования водного баланса СССР характеризуются следующими данными (табл.36). Характер преобразований водных ресурсов СССР в общем тот же, что и для всей суши земного шара: устойчивый сток потребуется увеличить приблизительно на 800 км3 путем регулирования паводочного (620 км3) и магазинирования подземных вод (180 км3), в результате чего уменьшится поверхностный (паводочный) сток; полный сток уменьшится на 150 км3 за счет расходования воды на транспирацию в связи с увеличением биологической продуктивности пахотных земель и лесов; по этой же причине, а также в результате магазинирования под-
земных вод на 330 км3 возрастет валовое увлажнение территории. Это, конечно, очень грубая прикидка, но она характеризует тенденцию и представляется вполне реальной, а необходимость в преобразованиях такого масштаба появится, возможно, уже в начале будущего столетия. Преобразования, которые мы учитываем в прогнозе на перспективу (см. табл. 35 и 36), по-видимому, не являются предельными. Прогноз, приведенный в этих таблицах, предусматривает изменения водных ресурсов, возможно, в течение ближайших десятилетий. В более отдаленном будущем возможны дальнейшие преобразования. Весь речной сток земного шара, исключая сток с полярных ледников и объем некоторых наиболее высоких паводков сверх полезной емкости водохранилищ, что ставит примерно 4—5 тыс. км3, в принципе может быть зарегулиро'ван путем создания водохранилищ и путем магазинирования подземных вод. Устойчивый сток, включая магазинированные подземные воды, достигнет тогда около 30 тыс. км3, т. е. будет в 2 раза больше современного. Но на отдаленную перспективу можно, по-видимому, будет планировать управление погодой и увеличение атмосферных осадков в районах, нуждающихся в дополнительном увлажнении. Откроются новые большие перспективы регулирования ресурсов почвенной влаги с помощью искусственных дождей. Тогда этот метод в какой-то мере придет на смену орошения земель. По всей вероятности, удастся решить и другую сложную проблему уменьшить потери воды на испарение с поверхности озер и водохранилищ, что позволит увеличить ресурсы речного стока. Но об этих преобразованиях можно теперь говорить лишь весьма предположительно. Ни их масштаб, ни время их осуществления не могут быть пока оценены с какой-либо достоверностью. В принципе они возможны, и, учитывая прогресс науки и техники, несомненно, удастся осуществить преобразования водного баланса еще более глубокие и в большем масштабе.
ГЛАВА XI (ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ)
МИРОВЫЕ ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ В 2000 Г. Выводы, относящиеся к отдельным частям проблемы, рассмотренной в книге, даны в соответствующих главах. В этой заключительной главе даются обобщающие выводы по проблеме в целом. Общую картину современного состояния мировых водных ресурсов характеризует схема на рис. 44. Из этой схемы видно, что безвозвратный расход воды, достигающий в настоящее время приблизительно 2200 кмъ/год, составляет в общем небольшую часть ресурсов пресных вод. Но самым неблагоприятным для современного круговорота вод суши является загрязнение значительной части речного стока. Сейчас на разбавление сточных вод, сбрасываемых в реки и водоемы, расходуется почти 1 /» всех ресурсов пресных вод, не включая в суммарный сток с суши около 3000 км3 стока воды и льда с полярных ледников, который не затрагивается этим явлением. Насколько важно учитывать сброс сточных вод в реки и всемерно бороться с неблагоприятными последствиями этого явления подчеркивает схема пер'вого варианта прогноза (рис. 45). По этому варианту безвозвратный расход пресных вод на уровне 2000 г. должен возрасти приблизительно в 2,5—3 раза и достигнуть почти 5500 кмг/год. Вместе с тем исходя из современных принципов охраны и использования водных ресурсов, но и предусматривая повышение качества очистки сточных вод примерно в 2 раза, можно сделать предположение, что через три десятилетия ежегодно должно образовываться почти 6000 кмъ сточных вод, на разбавление которых потребуется израсходовать весь мировой речной сток. Напомню, что этот вывод относится ко всей суше, исключая полярные покровные ледники, которые не вовлечены в хозяйственное звено круговорота воды и вряд ли будут играть заметную роль в использовании водных ресурсов в течение ближайших десятилетий. Но схема еще не отражает неравномерности распределения населения и экономики в пределах суши. Если учесть этот важный фактор, то уже в настоящее время в некоторых более или ме-
ft = 9ЙQПЛ
8
Рис. 44. Схема мирового водного-баланса суши и хозяйственного звена состояние (условные обозначения — на рис. 46)
круговорота
воды.
Современное
нее крупных густонаселенных и экономически развитых районах водные ресурсы находятся в состоянии, существенно отклоняющемся от общей схемы, которая дает обобщенное интегральное представление о соотношении естественного и хозяйственного круговорота пресных вод. Вполне очевидно, что продолжение современной линии использования и охраны водных ресурсов через три десятилетия привело бы к существенному расширению районов с неблагоприятным состоянием водных ресурсов. Другими словами, водный компонент среды продолжал бы ухудшаться, несмотря на большие усилия, направленные на борьбу с качественным истощением водных ресурсов. Наглядное представление об этом дает схема первого варианта прогноза. Дело в том, что современный подход к охране водных ресурсов, венчающей процесс использования воды, уже давно стал анахронизмом. Огромное количество воды, используемой в промышленности и в городском хозяйстве, появление многих сотен самых разнообразных загрязнений привели к тому, что методы очисши сточных вод в полной мере не справляются с возлагаемой на них задачей. Это относится как к пропускной способности очистных сооружений, так и к полноте, качеству очистки сточных вод. Конечно, без такой очистки положение было бы гораздо хуже. Сложившиеся в прошлом методы охраны тормозят качественное истощение водных ресурсов, но не в полной мере решают проблему. Действительно, весьма трудно создать гакие универсальные методы очистки, которые полностью освобождали бы сточные воды от всех загрязнений и доводили бы их до состояния «живой» воды, в которой возможны интересующие людей продуктивные биологические процессы. А именно такие процессы служат надежным признаком чистоты воды. Современные очистные сооружения выросли до размеров гигантских предприятий и, несмотря на это, в полной мере не оправдывают возлагаемых на них надежд. На таких предприятиях сточные воды подвергаются существенной очистке, но при всей тщательности она остается неполной, и 5—20% оставшихся загрязнений сбрасывается обратно в реки и водоемы. В целом пропускная способность очистных сооружений и методы очистки сточных вод отстают от роста их объема и степени загрязненности. В итоге после сброса уже очищенных сточных вод много чистой речной воды расходуется на их разбавление и доочистку в естественных условиях. При этом во многих районах земного шара естественной чистой речной воды уже нехватает, чтобы довести доочистку до конца. Вместе с тем огромное количество воды, расходуемой на разбавление сточных вод и доочистку в естественных условиях, не принимается во внимание в водохозяйственных расчетах. Такйм образом, часто молчаливо признается, что расходовав
R= 37300 S=20300U=17000
Л \ У Л \ \Уч\\\\ \Уч\\ \W
У^гт
объем загрязненных вод
Рис 45 Схема мирового водного баланса суши и хозяйственного звена круговорота воды. Прогноз на 2000 г . - первый вариант (условные обозначения — на рис. 4Ь)
ния воды на этот процесс не происходит. Если бы это было так, то результаты были бы совсем другие, лучше, чем в действительности. После сброса в реки и водоемы сточные воды фактически уходят из-под контроля людей, становятся неуправляемыми. Спущенные в канализацию сточные воды содержат сотни самых разнообразных загрязнений, от которых в полной мере избавиться невозможно, разве только методами регенерации, но они дороги и энергоемки и в больших масштабах вряд ли применимы в ближайшие десятилетия. Не приходится сомневаться в том, что методы регенерации загрязненных 'вод в отдаленном будущем получат большое распространение вплоть до перевода части городов на замкнутое оборотное водоснабжение. Но этот путь будет, по-видимому, развиваться постепенно, и применение этих методов окажется целесообразным в тех случаях, когда принцип повторного использования городских сточных вод по каким-либо местным причинам невозможно использовать. К таким случаям, например, можно отнести города в горах, где по условиям рельефа невозможно направить сточные воды для орошения земледельческих полей, а транспортирование их на большие расстояния до ближайших сельскохозяйственных территорий может оказаться экономически неоправданным. Положение может быть усугублено отсутствием в этом месте предприятий, которые могли бы использовать очищенные городские сточные воды для своего производства. Это как раз такие случаи, когда потребуется применять глубокую очистку сточных вод и, конечно, еще лучше — регенерацию. Одним словом, основная линия технической политики в деле охраны водных ресурсов не исключает гибкой системы мер, приспособленных к конкретным условиям. Что же касается основного направления охраны водных ресурсов, то следует подчеркнуть два относящихся к нему наиболее важных положения: охрана их в процессе использования и повторное использование сточных вод, которые в конечном счете должны привести к прекращению сброса сточных вод в реки и водоемы. Как видно из сказанного в гл. VIII и IX, охрана в процессе использования означает сведение до минимума объема сточных вод путем перевода производства на сухую и безотходную технологию, или как минумум применения замкнутого цикла оборотного водоснабжения в данном производстве или для группы производств. Элементы охраны водных ресурсов должны быть заложены в процессе самого производства. Сточные воды уже сейчас в некоторых отраслях производства являются анахронизмом, что на примерах было иллюстрировано выше. Три-четыре десятилетия — срок, в течение которого сброс сточных вод в реки и водоемы в основном должен быть исключен.
Второе положение охраны водных ресурсов — повторное использование сточных вод как основа рационально организованной охраны: ни одного кубометра сточных вод не оставлять неиспользованным, не выпускать эти воды из-под контроля людей. Следует напомнить, что вода рек, озер и водохранилищ, представляет собой среду, крайне неблагоприятную для окисления нечистот. Сброс сточных вод в реки и водоемы стал настолько привычным, что существует направление охраны, фактически узаконивающее этот неблагоприятный процесс. Я имею в виду принцип предельно допустимых концентраций загрязнений ( П Д К ) , т. е. допускающий спуск сточных вод в реки и водоемы, но с ограничением концентрации различных загрязнений. Это в какой-то степени замедляет качественное истощение водных ресурсов и как временная мера играет известную положительную роль. По существу этот принцип приспособлен к стихийно сложившемуся ранее, устаревшему принципу сброса сточных вод в реки. Во кардинально решить проблему таким путем невозможно. Д л я этого нужно устранять причины зла, а не ограничиваться борьбой с ее последствиями. По существу же П Д К — мера, направленная на борьбу с последствиями, но никак не затрагивающая причин загрязнения природных вод. Гораздо более благоприятной средой для окисления нечистот является почва с ее многогранными бактериальными процессами, трансформирующими нечистоты сточных вод в пищу для растений. Эта особенность почвы позволяет применять специально подготовленные сточные воды для орошения земледельческих полей. Для этой цели пригодны практически все городские сточные воды и сточные воды некоторых промышленных предприятий. Что может быть естественнее и закономернее возврата почве тех органических веществ, которые были изъяты из нее в процессе сельскохозяйственного производства? Нарушение людьми этой естественной цепи обмена веществ в какой-то мере восполняется искусственными удобрениями, но заменить органические удобрения они в полной мере не могут по целому ряду причин. Применение искусственных минеральных удобрений в больших размерах, во-первых, нередко приводит к смыву поверхностным стоком части их в реки и водоемы, что и без того усугубляет проблему ухудшения качества водных ресурсов и служит причиной евтрофирования водоемов. Во-вторых, органические удобрения, содержащиеся в сточных водах в растворимой форме, лучше усваиваются растениями. Третьим, но едва ли не главным является то обстоятельство, что если отходы городского хозяйства не использовать, то куда их девать без вреда для людей? Наиболее правильный и эффективный путь — использование сточных вод для орошения,
так как он не только устраняет неблагоприятное явление, но вместе с тем и повышает продуктивность земледелия и приносит пользу людям. Санитарная, агрономическая и техническая стороны применения сточных вод для орошения разработаны экспериментально и проверялись в течение многих лет в производственных условиях. Экономическая эффективность этой меры весьма высока. Таким образом, большее зло, которое представляют сейчас сточные воды, может быть исключено. Их использование в сельском хозяйстве решает важную проблему водного компонента среды, и притом не только избегая «еокупаемых затрат, но и извлекая из этой меры экономическую пользу. Именно в этом заключается основной путь предупреждения качественного истощения водных ресурсов, (поддержания в благоприятном для людей состоянии одного из важных элементов природной среды. Но наряду с этой главной мерой стоит целый ряд других задач. К их числу, например, относится экономия воды. Эта проблема частично освещена в связи с расходованием воды в промышленности. Причем период интенсивного развития химической промышленности до недавнего времени характеризовался резким увеличением расходования воды на единицу продукции. Возьмем лишь один характерный пример, иллюстрирующий эту тенденцию. Если на 1 т хлопчатобумажных тканей требуется 10—15 ж 3 воды, то на 1 г синтетических—2500—4000 м 3 . Но в последние годы стала намечаться вполне отчетливая обратная тенденция, которую я иллюстрировал выше на примере нефтеперегонной промышленности: новые нефтеперерабатывающие заводы в СССР в ближайшие годы перейдут фактически на «сухое» производство. Они не будут требовать расходования воды, но главное, не будут давать отходов в виде сточных вод. Эта чрезвычайно важная тенденция ясно наметилась, но требуются, конечно, дальнейшие активные меры по снижению водоемкости промышленного производства. Сложнее, но не менее важно решать эту задачу для сельскохозяйственного производства. В гл. IX было показано, что орошаемое земледелие в засушливых зонах относится к числу наиболее водоемких отраслей хозяйства. На производство орошаемых зерновых культур здесь требуется в 4—5 раз больше воды на единицу продукции, чем на неорошаемых землях, или еще более,'чем на мелиоративных системах двойного действия, создаваемых в районах избыточного, отчасти и оптимального увлажнения. По этой причине в условиях будущего в странах умеренного пояса центром производства зерна и кормовых культур должна оставаться лесостепная зона, и в число высокоурожайных областей должна быть вовлечена более увлажненная лесная зона умеренного пояса, а орошаемое земледелие в основном должно давать те продовольственные и технические
S = 20300
и = 17000
Рис. 46. Схема мирового водного баланса суши и хозяйственного звена круговорота воды. Прогноз на 2000 г — второй вариант . Ресурсы неустойчивого паводочного стока. 2. Ресурсы устойчивого стока. 3. Безвозвратный расход воды. 4 Сточные и загрязненные речные воды. 5. Возвратные воды после орошения. 6. Замкнутое оборотное водоснабжение З а г р я з н е н н ы е
культуры, производство которых требует высоких тепловых ресурсов (например, как в Средней Азии и в Закавказье). На рис. 46 приведена схема второго варианта прогноза материкового, преобразованного и хозяйственного звеньев круговорота воды на'2000 г., основанного на перечисленных более рациональных принципах, требующих существенной (переориентации. Прогноз по второму варианту, предусматривающий полное прекращение сточных вод в реки и водоемы, возможно, в какой-то мере идеализирован, о чем уже говорилось в гл. IX. Это, например, относится к некоторым районам Земли, где природные условия (высокая водность рек), с одной стороны, а также густота населения и степень развития промышленност и — с другой, не требуют строгого соблюдения некоторых новых принципов. Но они обязательны в густонаселенных и экономически освоенных районах. В связи с этим соображением было высказано предположение, что в 2000 г. состояние водного хозяйства в целом будет находиться между первым (рис. 45) и вторым (рис. 46) вариантами прогнозов, но чрезвычайно важно стремиться к осуществлению комплекса мер, возможно более близкого к тем, которые предусмотрены вторым вариантом. Такова одна из важных задач, стоящих перед человечеством, и к ее разрешению необходимо стремиться самыми активными средствами. Не существует легких, простых путей решения водной проблемы. Это прежде всего не одна мера и не единичные меры, слабо увязанные между собой, а комплекс целенаправленных мер, которые должны быть строго скоординированы между собой. Они должны соответствовать современным требованиям, предъявляемым людьми к природной среде, и учитывать условия будущего, что исключительно важно в связи с невозможностью быстрой переориентации в этом деле. Просчеты, допускаемые сейчас, могут сказаться в будущем в многократном размере и потребовать гораздо больших усилий, чем при заблаговременном нацеливании проводимых мер на решение определенных задач. В связи с важным значением перспективных прогнозов следует подчеркнуть подход к решению этой проблемы, который я считаю наиболее реальным и приемлемым. Перспективный прогноз, как следует из всего сказанного в гл. VIII и IX, служит для постановки главных перспективных задач применительно к условиям будущего, из которых вытекает программа современных мер, а также мер, подлежащих осуществлению в ближайшей перспективе. Перспективные прогнозы, составляемые на два—четыре десятилетия, требуют систематического (например, каждые пять— десять лет) уточнения в соответствии с новым опытом и прогрессом в целом. Чем больше заблаговременность перспективного прогноза, тем более общий характер должны иметь наме-
чаемые задачи и принципы. Одинаковая или почти одинаковая степень детализации пятилетнего плана, который составляется в конкретных показателях, и прогноза на более отдаленную перспективу не может привести к положительным результатам. В таких прогнозах детали перегружают его подробностями, «затеняющими» главные принципы, поиски которых являются основной их задачей. Прогнозы использования и охраны водных ресурсов, предложенные мной для земного шара и для СССР (Львович, 1969, 1972-6; Lvovich, 1973-а; Львович и Коронкевич, 1971), не претендуют на большее. Основное в них — тенденции развития водного хозяйства, вытекающие из задач сохранения и улучшения водного компонента среды. Нельзя сказать, что экономическая сторона проблемы в тех направлениях, в которых она освещается 'в этой книге, решена. Но вместе с тем вполне определенно выявляется непосредственная экономическая оправданность и эффективность предлагаемых мер, не говоря уже о санитарном и моральном факторах—сохранении и улучшении среды. Принципы охраны в процессе использования водных ресурсов и повторного использования сточных вод открывают возможности окупаемости затрат в противовес современным мерам охраны, которые в основном ограничиваются экономически неокупаемой очисткой сточных вод при более низкой санитарной эффективности этого мероприятия. Детальная разработка экономических вопросов этой проблемы— дело непростое, но в пользу положительных решений говорят полученные выводы (см. гл. VIII). К числу крупных и важных разделов комплекса вопросов, составляющих проблему водных ресурсов, относится их расширенное воспроизводство. Оно должно осуществляться на основе целенаправленного преобразования этих ресурсов. Что в будущем необходимо предвидеть по этой проблеме? Во-первых, как показывает опыт и поскольку можно предвидеть состояние водных ресурсов на несколько десятилетий вперед, наиболее важную роль в расширенном воспроизводстве водных ресурсов, которая заключается в умножении наиболее ценной устойчивой части речного стока за счет паводочного стока, как и сейчас, будут играть водохранилища. Вместе с тем поверхностные водохранилища нуждаются в рационализации, с тем чтобы на каждый кубометр регулируемого стока затапливалось минимум площади и давалось максимум биологической продукции. Далее, потребуется некоторая переориентировка размещения водохранилищ, учитывая, что они должны служить не только гидроэнегетическим целям, но и орошению. Необходимо усиление их роли как источников водоснабжения и как регуляторов паводков, как водоемов, улучшающих природную среду для людей, проживающих в городах. Но для достижения этой цели требуется другой подход в размещении водохранилищ, о чем более подробно сказано в X главе.
Существенным средством преобразования водных ресурсов явятся подземные водохранилища, полезная емкость которых в начале будущего столетия станет, вероятно, соразмерной с полезным объемом поверхностных водохранилищ. Уже сейчас на земном шаре действуют сотни подземных водохранилищ, но XXI столетие, несомненно, станет веком подземных водохранилищ, создаваемых путем механической закачки паводочных речных вод. Их преимущество вполне очевидно — огромная регулирующая способность, экономия земельных ресурсов, предохранение воды от испарения и, что особенно важно, изоляция от загрязнений. В связи с перспективами роста подземных водохранилищ требуется чрезвычайная осторожность в захоронении сточных вод и вообще загрязнений подземных горизонтов. В третьей четверти текущего столетия было положено начало крупным переброскам воды из районов, где она в избытке, в районы, бедные водой или лишенные водных ресурсов. Некоторые из проектов уже осуществляются (например, Каракумский канал), много грандиозных по своему масштабу проектов находятся в стадии изучения. Им, несомненно, принадлежит значительное будущее, и еще до конца текущего столетия некоторые из каналов, по-видимому, начнут действовать. Однако значение перебросок воды, их доля в естественном и хозяйственном звеньях круговорота воды нередко, как мне кажется, переоцениваются. Об этом более подробно сказано в гл. X. Здесь уместно подчеркнуть, что любые переброски воды значительного масштаба следует осуществлять на основе рационального использования местных водных ресурсов, его высоких к.п.д. Это важно в связи с тем, что переброска воды на значительные расстояния связана с большими капитальными и эксплуатационными (механические перекачки) расходами. Поэтому важно, чтобы дорогостоящая транспортируемая вода, особенно при применении механической перекачки, использовалась наиболее эффективно, иначе неизбежны значительные потери и неоправданные затраты. Следует еще учитывать, что, принимая во внимание наличие многих тысяч кубокилометров пресной воды и огромный расход их, также выражающийся в тысячах кубокилометров, в отдаленной перспективе масштабы речного -стока, доступного для перебросок, не так уж велики. Это лишний раз подчеркивает необходимость серьезного внимания предельно рациональному использованию переброшенных вод, но говорит также и о том, что кладовая доступных для переброски вод относительно не так уже велика и поэтому позволит решать в общем довольно ограниченные проблемы. Вот почему проекты перебросок воды нуждаются в особо тщательном изучении, должны рассматриваться как резерв, к использованию которого следует прибегать в самых крайних случаях, т. е. когда весьма важную проблему невозможно решить другим путем.
Второй важный комплекс преобразований — агролесогидромелиорации. Но поскольку они в основном направлены на повышение продуктивности производства биомассы — сельскохозяйственных культур и лесов, постольку необходимо предвидеть четко наметившуюся тенденцию роста расходования воды неорошаемым земледелием, особенно в районах недостаточного и переменного увлажнения. В связи с этой проблемой стоит задача умножения ресурсов почвенной влаги в таких районах и постановка правильного систематического учета расходования воды растительностью. Для решения этой задачи применительно к пахотным землям и продуктивным лугам и лесам, расходующим больше воды, чем все виды водоснабжения, требуется постановка специальных экспериментальных гидрологических исследований, получивших к настоящему времени развитие лишь в СССР и в некоторых других странах, что недостаточно для решения проблемы в масштабе земного шара. Д л я того чтобы сохранять, а в необходимых случаях усиливать роль лесов как регуляторов воды, что происходит в результате высоких инфильтрационных свойств лесных почв и повышенного благодаря этому питания подземных вод, требуется особый режим эксплуатации лесов. С этим связано применение специальных механизмов для рубок и трелевок леса, предохраняющих лесные почвы от уплотнения и поранения. Проблема взаимосвязи воды, почвы и растительности исключительно важна не только потому, что с нею связан основной источник пищи для людей. Растительность служит благоприятной средой для людей, является источником восполнения кислорода — столь важного процесса для жизни людей и животных. По этой причине расходование воды на транспирацию является наиболее высокой формой использования водных ресурсов. Ограничение расходования воды желательно и возможно в любой отрасли хозяйства, но только не для непосредственных потребностей людей и не для столь важного для жизнедеятельности растений процесса, каким является транспирация. Но и в этом процессе возможна некоторая экономия воды. Правда, при современных средствах возможности такой экономии ограниченны. Все же в степной и лесостепной зонах СССР с помощью систем полезащитных лесонасаждений удается снизить непродуктивное испарение на 10—15% и соответственно уменьшить расход воды на 1 т сельскохозяйственных продуктов при существенном повышении урожаев. К числу таких мер относится также развитие и повышение продуктивности земледелия в зонах избыточного увлажнения умеренного пояса на базе мелиоративных систем двойного действия. Такой путь позволит, вероятно, уменьшить площадь орошаемых земель в засушливых зонах для производства зерновых культур. В целом это позволит уменьшить расход воды на производство единицы продуктов, о чем подробнее сказано выше.
Проблема взаимосвязи растительность — почва — вода уже давно интересует человечество, но научный уровень решения этой проблемы с гидрологической точки зрения на протяжении многих лет колебался в значительных пределах, при неуклонном росте и совершенствовании научных представлений. Чрезвычайно важно укрепление и развитие теоретических основ процессов взаимодействия воды, почвы и растительности, частично освещенных во II главе. Наличие теории существенно уменьшило разночтения, имевшие место в прошлом в связи с пониманием роли почвы в формировании гидрологических явлений и процессов. Этому способствует довольно большой масштаб полевых экспериментальных исследований инфильтрационных свойств почв. Все же, несмотря на значительные успехи ,в пред* t ставлениях по этой проблеме, я считаю, что сделаны лишь первые шаги в развитии теории и в практическом приложении собранных фактов о взаимодействии воды и почвы. По проблеме гидрологических преобразований в целом следует 'подчеркнуть две чрезвычайно важные задачи: 1) целенаправленные, строго планируемые преобразования водных ресурсов, а не только пассивный учет последствий мелиоративных, агрономических и лесохозяйственных мер, не преследующих специально решения гидрологических или водохозяйственных задач; 2) гидрологические преобразования с учетом всего комплекса воздействий на природу с минимумом издержек в результате целого ряда побочных влияний при решении главной задачи. Д л я решения этих задач в планировании преобразующих мер, в экспертизах проектов, а часто и при их разработке требуется более широкое участие гидрологов-географов или географов широкого профиля — специалистов по преобразованию природы и по природной среде, окружающей людей. Одним словом, для решения этих проблем необходимы глубокие знания всей цепи взаимосвязей между компонентами природы и воздействий на них деятельности человека. Самое сложное в решении подобных вопросов — установление взаимосвязей не только тех элементов природы, на которые непосредственно направлено хозяйственное воздействие, но также и элементов, находящихся на других ступенях природных взаимосвязей, более отдаленных от тех, которые подвергаются преобразованию. Теперь несколько заключительных соображений о «естественных» водных ресурсах. «Естественных» в кавычках потому, что на земном шаре осталось не так уж много больших районов, в пределах которых водные ресурсы и водный баланс сохранились в первозданном виде, т. е. в той или иной мере не затронутыми деятельностью людей. Дело, конечно, не только в прямых, непосредственных воздействиях на водные ресурсы, например, с помощью водохранилищ. Весьма существенные гидрологические преобразования произошли по другим причинам, главным образом путем воздействия на почву и естественную
растительность. Подобные преобразования происходят незаметно. Д л я их выявления необходимы специальные знания, методы и соответствующие экспериментальные данные. Но теперь существует теория этих преобразований, метод для их предвычислений и довольно богатый экспериментальный материал, позволяющие уверенно решать задачи почвенно-гидрологических преобразований в СССР и в некоторых других странах. Но эта задача в целом для Земли еще не разрешена и нуждается в соответствующих экспериментальных исследованиях, в первую очередь в исследованиях в различных зональных условиях. Полагаю, что подобные исследования весьма важны в зонах тропических поясов, в пределах которых проживает более 70% населения земного шара. Но не менее актуально изучение этой проблемы в умеренном поясе Европы и Северной Америки. История науки о гидрологических преобразованиях насчитывает около 150 лет, но в 'последние десятилетия представления о ней получили существенное развитие. Тем не менее эта проблема остается актуальной и в настоящее время. Соответствующие задачи гидрологической науки в деле преобразования природы кратко освещены в гл. X и в книге, специально посвященной этой проблеме (Львович, 1963). Задачу ж е почвоведения в развитии этого раздела гидрологической науки я вижу в развитии теории гидрологических свойств почв, в основном ее инфильтрационной и водоудерживающей способности, поскольку эти свойства, очевидно; находятся в тесной связи с некоторыми почвенными процессами. Актуальным остается также и развитие исследований преобразований водных ресурсов гидротехническими средствами, особенно с помощью водохранилищ. Эти исследования необходимы, для того чтобы знать преобразованный ими водный режим. Но это также послужит источником для оценки преобразующей эффективности водохранилищ, которую необходимо изучать и обобщать в целях дальнейшего усовершенствования их проектирования и эксплуатации. Изучение гидрологических преобразований чрезвычайно важно в связи с последствиями работы воды, ее эрозионной и химической деятельности. Твердый и ионный сток рек изучены крайне неравномерно и в целом для суши довольно слабо. Так, вполне достоверные данные о твердом стоке имеются приблизительно лишь по У5 площади суши, исключая полярные ледники и пустыни, лишенные речной сети. Данные об ионном стоке еще более скудны. Грандиозный размах современных гидрологических преобразований не исключает того факта, что в целом все-таки еще преобладают естественные гидрологические процессы и явления. Во-первых, сохранились огромные территории, практически не затронутые деятельностью людей (например, Амазония, до-
вольно большие пространства приэкваториального пояса в Африке); к числу таких районов относятся Антарктида и Гренландия, а также значительные пространства субарктической зоны Канады, США (Аляска) и СССР. В субарктической и таежной зонах Западной Сибири быстро развивается нефтедобывающая промышленность, в Восточной Сибири, Якутской АССР и на Дальнем Востоке — горнодобывающая промышленность и металлургия, но гидрологические преобразования в этих районах пока еще сравнительно невелики. Но дело не только в географии гидрологических преобразований, но и в макропроцессах, участвующих в круговороте воды, которых деятельность людей коснулась еще в небольшой мере. Это прежде всего относится к воздушным циркуляциям и переносу атмосферной влаги, к осадкам, выпадающим на больших пространствах суши. В какой-то мере это относится и к испарению, для которого, однако, характерна тенденция роста в связи с повышением биологической продуктивности сельскохозяйственных угодий и лесов. Это же относится и к росту акваторий водохранилищ, в отдельных районах существенно преобразовавших местный круговорот воды. Но в целом для суши антропогенные влияния на испарение сравнительно невелики. Таким образом, круговорот воды сохраняет много естественных черт, но его нельзя считать лишенным антропогенных влияний. В наибольшей мере они сказываются на водном балансе территории в основном в связи с использованием земельных и растительных ресурсов, а также на речном стоке. И хотя сейчас еще точно не известно, насколько возросло испарение и насколько уменьшился речной сток с суши в целом, но если эти преобразования незначительны в относительных показателях, то в абсолютных величинах, по-видимому, соразмерны с количеством воды, расходуемой на орошение. Главное естественное свойство отдельных источников водных ресурсов — их тесная взаимосвязь, поэтому рассмотрение речных, подземных водных ресурсов и почвенной влаги изолированно друг от друга, как это часто еще практикуется, нельзя признать обоснованным. Иногда учет этих источников водных ресурсов разобщен методическими и организационными рамками. Предложенный мною комплексный дифференцированный метод изучения и оценки водных ресурсов, подробно освещенный в гл. IV, не является исчерпывающим и универсальным, но он впервые позволил взаимосвязанно оценивать основные источники водных ресурсов: полный речной сток с разделением на поверхностный (паводочный) и подземный, а также ресурсы почвенной влаги. Применение этого метода помимо теоретического значения целесообразно для решения практических задач, связанных с перспективными прогнозами состояния водных ресурсов. Применение методов, практикуемых в проектных гидро-
технических и водохозяйственных работах, хорошо разработанных именно для этих целей, слишком громоздко для перспективных прогнозов, не говоря уже о том, что эти методы исходят из обособленной оценки речного стока и ресурсов подземных вод. Что же касается ресурсов почвенной влаги, то они вообще не принимаются во внимание в практике водохозяйственного проектирования. Если такой подход допустим для отдельных частных проектов, предусматривающих локальное использование одного из источников водных ресурсов, то он крайне неудобен и неоправдан при решении широких комплексных задач, относящихся ко всем источникам водных ресурсов. Когда речь идет о перспективных прогнозах или долговременных планах, состояние источников водных 'ресурсов приходится рассматривать в динамике, с учетом их преобразований и обязательно взаимосвязанно. Пример решения этой задачи показан в настоящей работе применительно к земному шару. Аналогичное приближенное решение было дано раньше (Львович, 1969), но тогда еще не были составлены карты всего комплекса элементов водного баланса материков земного шара, и поэтому оценка отдельных источников водных ресурсов производилась приближенно для всей суши в целом. Что же касается применения этого метода для СССР, то впервые результаты такого исследования были опубликованы более десяти лет назад (Львович, 1963), а в сочетании с перспективным прогнозом на 2000 г.— позже (Львович и Коронкевич, 1971). Это говорит о большой работе, которая предшествовала появлению настоящей книги. В связи с перспективными прогнозами было бы важно учитывать тенденцию общей увлажненности материков и водно сти рек. В этом вопросе я опираюсь на обстоятельные много летние исследования известного гидролога А. В. Шнитникова (1957, 1968, 1969), показавшего, что в течение предстоящих десятилетий в Северном полушарии наиболее вероятно общее снижение увлажненности суши и водности рек, что создаст неблагоприятные предпосылки для осуществления водохозяйственных мероприятий в условиях будущего. Эта общая тенденция будет нарушаться внутривековыми циклическими колебаниями, которые в перспективных прогнозах должны косвенно учитываться, с тем чтобы ориентироваться на устойчивый сток, подверженный гораздо меньшим колебаниям, чем полный речной сток в целом. Наши выводы о современных водных ресурсах материков, всей суши в целом и приближенная оценка их для отдельных стран (см. гл. V и VII) основываются на картографировании элементов водного баланса. Приемы гидрологического 'картографирования, получившие наибольшее распространение в СССР, дали весьма плодотворные результаты. Карты элементов водного баланса (источников водных ресурсов), помещен-
ные в настоящей книге, отражают опыт гидрологического картографирования, накопленный в течение десятилетий. Картографирование в гидрологии — не только способ наглядного изображения, но оно также служит целям обобщения при недостатке данных, т. е. служит отчасти целям интерполяции, восполнения «белых пятен» гидрологической изученности, которые по дифференцированным элементам водного баланса занимают около 40% площади материков. Главным приемом интерполяции нам служат для равнинных районов зависимости, основанные на принципе структурных зональных зависимостей водного баланса, примененном мною 1ранее для СССР (Львович, 1962), а в этой книге (вместе с моими сотрудниками) — д л я большей части суши. Этот прием позволил получить интерполяционные зависимости, основанные на теории. Другой способ интерполяции применен для горных районов. Он заключается в установлении районных высотных зависимостей элементов водного баланса, которые отражают влияние на водный баланс совокупности факторов высотной поясности. Эти зависимости, также не лишенные теоретического смысла, позволяют составлять карты элементов водного баланса и стока с такой подробностью, которая была бы невозможна даже при чрезвычайно густой сети гидрометрических и дождемерных станций, а она в большинстве случаев отсутствует. Интерполяционные зависимости играют чисто служебную роль, но структурные зональные зависимости водного баланса позволили выявить географические закономерности водного баланса и установить единую мировую систему зональных структурных зависимостей (см. табл. 19 и рис. 37 на стр. 208—210). Эта система не лишена схематичности, неизбежной при широких обобщениях, но она дает научную основу для понимания тех гидрологических процессов, которые свойственны географической зональности. При этом речь идет не о внешних признаках, а о 'внутреннем содержании, о фундаментальных гидрологических процессах, характерных для каждой из зон. Интересно, что с помощью зональных зависимостей удалось установить признаки, связывающие в единую систему зоны умеренного и тропического поясов. Так, например, одна из структурных зависимостей служит переходной от саванн тропического пояса к степям умеренного, что свидетельствует о сходстве процессов водного баланса этих зон, но происходящих в разных условиях тепла и влаги. Итак, водный баланс рассмотрен в этой книге на разных уровнях, начиная с Земли в целом, для ее крупных частей — суши и океана (гл. III), отдельных материков (гл. IV и V) и далее для каждой страны. Кроме того, даются показатели обеспеченности ресурсами полного и устойчивого стока на душу населения (гл. VII). Все эти характеристики получены на основании карт, которые дают генерализованное представление о распре15 - 4897
417
делении комплекса элементов водного баланса по территории. Макрохарактеристики водного баланса Земли и ее частей даны преимущественно в зональном плане. Но зональный водный баланс складывается из мозаичных характеристик внутризонального водного баланса, которые изучены более или менее подробно для СССР, поэтому выше приходилось ограничиваться отдельными примерами. Водный баланс во всех указанных аспектах раскрывает гидрологические особенности Земли, что имеет важное научно-познавательное значение. Вместе с тем определение водного баланса и круговорота воды для меня не самоцель, а средство для характеристики водных ресурсов (гл. VII) и изучения их преобразований и поисков рациональных путей их использования и охраны (гл. VIII—X). Водные ресурсы обладают настолько разнообразными свойствами, что ограничить описание их водным балансом невозможно. Д л я более полного представления о них в гл. VI освещаются другие их свойства — типологическая характеристика водного режима, основанная на генезисе речного стока его сезонной ритмичности, и эрозионная работа воды (твердый и пенный сток). Характеризуя круговорот воды, в процессе которого формируются возобновимые водные ресурсы, сейчас уже, как мне кажется, нельзя ограничиться общими чертами этого грандиозного процесса, а требуется анализ составляющих его звеньев. Такая попытка (гл. II, III, V, VI) не лишена схематичности, но я не ставил перед собой задачу исчерпывающе осветить отдельные звенья круговорота, а осветил их наиболее типичные черты. Следует подчеркнуть, что круговорот воды по существу является главным процессом, который изучается гидрологической наукой. Важные теоретические положения гидрологии исходят из этого процесса, но значение круговорота воды не ограничивается рамками гидрологической науки. Он связывает между собой не только отдельные источники водных ресурсов, о чем говорилось выше, но также и различные компоненты природы — гидросферу, атмосферу, литосферу и биосферу. Изучению общих закономерностей круговорота воды в последние годы стало уделяться все больше внимания. Теперь, следуя от прикладных аспектов исследования водного баланса и водных ресурсов, освещенных в III части книги, коснувшись основного гидрологического процесса — круговорота воды, подробно рассмотренного в гл. II, мы подошли к I главе, которая посвящена гидросфере. Я не буду повторять данного мною определения гидросферы, но смысл его заключается в том, что гидросфера не ограничивается океаном, как это прежде считали многие авторы, а обнимает все свободные воды Земли, объединенные процессом круговорота. Таким образом, к гидросфере относятся и воды атмосферы, и воды литосферы, и
поверхностные воды суши — .реки и водоемы, воды болот, а также ресурсы почвенной влаги. Таким образом, единство гидросферы, как я считаю, определяется не только историческим аспектом, ее происхождением, но также и .круговоротом воды — процессом, интенсивно протекающим на наших глазах и непрерывно перемещающим частицы воды из одной сферы Земли в другую. Благодаря круговороту воды практически не существует изолированных частей гидросферы. Достаточно сказать, что круговорот воды сменяет всю массу гидросферы каждые 2800 лет (см. гл. III). А активность обмена пресных вод (исключая законсервированную в виде льда воду полярных ледников) существенно возрастает и составляет 'всего лишь 40 лет. В течение этого срока любая молекула воды может «посетить» все звенья круговорота пресных вод. Из сказанного следует также вывод о единстве гидросферы и процесса круговорота воды. Круговорот по существу является неотъемлемой частью гидросферы, его основным динамическим фактором. *
*
*
В заключение следует отметить, что благодаря успехам советской гидрологической науки представления о мировом водном балансе и мировых ресурсах пресных вод получили весьма существенное развитие. С помощью вновь примененного для всего земного шара метода установлена взаимосвязь шести элементов водного баланса вместо трех, которые были доступны для прежних методов. Это позволило оценить основные взаимосвязанные круговоротом воды четыре источника ресурсов пресных вод — полный речной сток, подземный сток в реки, поверхностный (паводочный) сток и возобновимые ресурсы почвенной влаги, представляющие различную хозяйственную ценность. Прежние методы позволяли оценивать балансовым путем лишь один источник ресурсов пресных вод—' Полный речной сток и лишь частично (вне водного баланса) ресурсы подземных вод. Чрезвычайно важно, что для всех элементов водного баланса суши и различных источников водных ресурсов составлены карты, позволяющие приближенно оценить 'водные ресурсы любого района мира. В связи с тем, что значительные территории слабо изучены или вовсе не изучены в гидрологическом отношении, в картографировании применены приемы интерполяции, которые исходят из теоретически обоснованных зональных структурных зависимостей водного баланса, а для горных районов — из высотных зависимостей элементов водного баланса. Все эти приемы позволили впервые получить комплексную, т. е. взаимоувязанную для четырех источников, оценку ресурсов пресных вод почти всех стран мира, включая и большое количество 15*
419
развивающихся стран, для которых до появления этой работы водные ресурсы вообще не были оценены. Определив мировые водные ресурсы для отдельных стран и континентов, можно сделать вывод о том, что благодаря непрерывному возобновлению в процессе круговорота естественных ресурсов пресных вод, особенно учитывая большие возможности увеличения наиболее доступных их видов методами расширенного воспроизводства, вполне достаточно, чтобы обеспечить все нужды человечества, включая и его личные потребности, и нужды всего сложного и многообразного хозяйства в течение многих десятилетий, практически вечно. И такая перспектива вполне реальна, если отказаться от некоторых устаревших (и особенно неприемлемых для условий будущего) принципов использования и охраны водных ресурсов. Такая переориентировка требует большого срока, вероятно не менее двух-трех десятилетий, в течение которых должен быть осуществлен широкий комплекс целенаправленных мер, основные из которых я попытался осветить в этой книге. Но начать осуществление этого комплекса необходимо сейчас. Лишь при этом условии человечество может смотреть вперед вполне оптимистически: люди и их хозяйство всегда будут обеспечены водой в необходимых количествах и надлежащего качества. Водный компонент природной среды, окружающей людей, несомненно, удастся не только сохранить, но и устранить уже появившиеся отрицательные черты в нем, сделать его более благоприятным для жизни людей, причем не только в местах отдыха и туризма, в сельской местности, но, что едва ли не главное, и в городах, в которых нарушение среды наиболее существенно и где живет значительная часть человечества. Имеются все основания смотреть оптимистически на будущее водных ресурсов, если активно решать проблему воды в определенных, заранее запланированных на большой срок направлениях. Осуществление намеченных путей использования водных ресурсов, сочетаемого с их охраной, не является простым делом, но оно вполне реально. Изложенные в этом труде основные научные положения технической политики использования и охраны водных ресурсов, учитывающие условия будущего, наиболее применимы для условий планового хозяйства социалистических стран.
ЛИТЕРАТУРА Абрамов Л. С. Что такое круговорот воды.— В кн.: «Круговорот воды». М., 1966. Абрамович Д. И. Исследование наносов реки Сулак. JL, 1935. Авакян А. Б., Шарапов В. А. Водохранилища гидроэлектростанций СССР. М., 1968. Авакян А. Б., Овчинникова С. Я . Некоторые данные о водохранилищах мира.— «Гидротехническое строительство», 1971, № 8. Авсюк Г. А. Искусственное усиление таяния льда и снега горных ледников.— «Тр. Ин-та географии АН СССР», 1953, вып. 56. Авсюк Г. А,, Марков К. КШумский П. А. Географические наблюдения в антарктическом «оазисе».— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», 1956, № 88, вып. 4. «Агроклиматический справочник Южной Америки». JI., 1968. Агупов А. В. Нормы стока и колебания водоносности рек Западной Сибири.— В кн.: «Колебания и изменения речного стока». М., 1960. Алекин О. А. Общая гидрохимия (Химия природных вод). Л., 1948. Алекин О. А. Гидрохимия рек СССР, ч. 2. Л., 1948-6; ч. 3. Л., 1949. Алекин О. А. Гидрохимия. «П., 1952. Алекин О. А. и Бражникова Л. В. Сток растворенных веществ с территории СССР. М., 1964. Александровская Н. В., Ерамов Р. А., Игнатьев Г. М., Лукашева Е. #., Марков К. К., Михайлова Л. АРубчиков А. М. Физическая география частей света. М., 1963. Алексеевский Е. Е. Осуществляя ленинские предначертания.— «Бюлл. по водному хозяйству СЭВ», 1970, № 5. Алексеевский Е. Е. Водные ресурсы СССР. Проблемы их эффективного использования.— «Водные ресурсы», 1972, № 2. Алпатьев А. М. Влагооборот культурных растений. Л., 1954. Алпатьев А. М. Влагообороты в природе и их преобразования. Л., 1969. Алюшинская Н. М. Вертикальная зональность в распределении стока на территории Алтая.— «Уч. зап. Ленинградского ун-та», вып. 10, 1955, № 199. Амброджи Р., Боделли Э. и др. Гидрогеология Марокко. М., 1955. «Анализ состояния водного хозяйства в странах СЭВ. Совет Экономической Взаимопомощи». М., 1970. Андреев Н. Г., Львович А. И. Роль земледельческих полей орошения (ЗПО) в охране водных ресурсов от загрязнения.— В кн.: «Материалы комиссии по подготовке предложений об использовании коммунальных и промышленных сточных вод в сельском хозяйстве». М., 1963. Арманд Д. Нам и внукам. М., 1966. Бааде Ф. Мировое энергетическое хозяйство (перев. с нем.). М., 1960. Базилевич Н. А. и Родин Л. Е. Картосхемы продуктивности и биологического круговорота главнейших типов растительности суши Земли.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», 1967, № 3.
Балков В: А. Влияние карста на сток рек Европейской территории СССР. Л., 1970. Барков А. С. Физическая география частей света. Африка. М., 1953. Басс С. В. Внутризональные особенности весеннего поверхностного стока в лесной зоне. М., 1963. Басс С. В. Водный баланс рек бассейна Волги в настоящем и будущем.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1966, № 1. Басс С. ВЖукова Н. В. Влияние распашки целинных и залежных земель на сток некоторых рек Казахстана и Западной Сибири.— В кн.: «Водный баланс СССР и его преобразование». М., 1969. Бауэр Л., Вайничке X. Забота о ландшафте и охрана природы (перев. с нем.). М., 1971. Беннет X. X. Основы охраны почвы (перев. с англ.). М., 1958. Бернал Д. Возникновение жизни (перев. с англ.). М., 1969. «Биосфера» (перев. с англ.). М., 1972. Борисов П. М. К проблеме коренного улучшения климата.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», т. 94, 1962, № 4. Брикнер Э. Яг Баланс круговорота воды на Земле.— «Почвоведение», т. III, 1905, № 3. Будаговский А. И. Впитывание воды в почву. М., 1955. Будыко М. И. Тепловой баланс земной поверхности. JI., 1956. Будыко М. И. (ред.) Атлас теплового баланса земного шара. М., 1963. Будыко М. И. Климат и жизнь. Л., 1971. Булавко А. Г. Влияние осушительной мелиорации на речной сток в Белорусском Полесье.— В кн.: «Водные ресурсы и их использование». Минск, 1970. Булавко А. Г. Водный баланс речных водосборов. Л., 1971. Бюффон Ж• Всеобщая и частная естественная история, ч. I. СПб., 1789. Быков В. Д. Сток рек Урала. М., 1963. Быков В. Д., Немальцев А. С. Средний многолетний сток и его изменчивость на территории Венесуэлы.— «Вести. МГУ», серия геогр., 1967, № 6. Важное А. Н. Небывалый селевой поток на р. Гедаре.— «Метеорология и гидрология», 1946, № 5. Васильев И. С. К вопросу о водном режиме подзолистых почв.— «Тр. Ин-та леса АН СССР», т. XXII. М., 1954. Великанов М. А. Методы приближенного расчета стока при отсутствии гидрометрических данных.— «Тр. II Всесоюзн. гидролог, съезда», ч. II. Л., 1929. Великанов М. А. Водный баланс суши. М., 1940. Великанов М. А. Гидрология суши. Л., 1948-а. Великанов М. А. Движение наносов. М., 1948-6. Великанов М. А. и Соколовский Д. Л. Основная климатическая характеристика среднего многолетнего коэффициента речного стока.— «Изв. Гос. гидрологич. ин-та», 1928, № 21. Великанов М. А., Львович М. И. О применимости метода А. Мейера для подсчета среднего многолетнего стока на реках СССР.— «Изв. Гос. гидрологич. ин-та», 1930, № 29. Вернадский В. И. История природных вод. История минералов земной коры, т. 2, ч. I, вып. 1. Л., 1933. Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 1965. Веселовский К. С. О климате России. СПб., 1857. Виво X. А. География Мексики. М., 1951. Вильяме В. Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения. М., 1947. Виноградов А. П. Рассеянные химические элементы в подземных водах разного происхождения.— «Тр. лаборатории гидрогеологич. проблем АН СССР», т. I, 1948. Виноградов А. П. Химическая эволюция Земли. М., 1959. Виноградов А. П. Химия Земли.— Сб. «Глазами ученого». М., 1963.
Виноградов А. П. Введение в геохимию океана. М., 1967. Владимиров Л. А. К истории исследований закономерностей стока в горных областях. Тбилиси. 1960. Владимиров Л. А. Средний годовой сток Грузии. Тбилиси, 1962. Владимиров Л. А. Водный баланс Большого Кавказа. Тбилиси, 1970. Владимиров Л. А. и Гвахария В. К. К а в к а з . Годовой сток,—«Физикогеографич. атлас мира», л. 225. М., 1964. «Водный баланс С С С Р и его преобразование». М„ 1969. Воейков А. И. Реки России. СПб., 1882. Воейков А. И. Н а ш и реки.—«Русская мысль». СПб., 1888, июль. Воейков А. И. Воздействие человека на природу. — «Землеведение», т. I, кн. 2 и 4. СПб., 1894-а. Воейков А. И. Круговращение воды в природе. — «Метеорологический вестник», т. IV , 1894-6. Вознесенский А. В. Новые данные об осадках на поверхности суши и морей и о годовом .водном балансе земного шара.— «Тр. Гос. гидрологич. инта», вып. 7, 1938. «Вопросы мирового водного баланса» (Материалы Международного симпозиума по мировому водному балансу, г. Рединг, Англия, 1970). Л., 1972. Воронков П. П. Гидрохимия местного стока Европейской территории С С С Р . Л., 1970. Воскресенский К. П. Норма и изменчивость годового стока рек Советского Союза. Л., 1962. Высоцкий Г, Н. Избранные труды. М., 1960. Гангардт Г. Г. Водные ресурсы СССР. М., 1968. Гейнц Е. А. Об осадках, количестве снега и об испарении на разных бассейнах Европейской России. СПб., 1898. Гейнц Е. А. Водоносность бассейна верховьев р. Оки в связи с осадками. СПб., 1903. Геллер С. Ю. Судьба озера Чад.— «Вокруг света», 1951, № 9. «География на България», т. I. Физич. геогр. (на болг. яз.). София, 1966. Герасимов И. П. Преобразование природы степей и пустынь.— «Природа», 1952, № 1. Герасимов И. П. Очерки по физической географии зарубежных стран. М., 1959-а. Герасимов И. П. Структурные черты рельефа земной поверхности на территории С С С Р и их происхождение. М., 1959-6. Герасимов И. П. Гидротермические факторы почвообразования. — В кн.: «Тепловой и водный режим земной поверхности». Л., 1960. Герасимов И. П. Географические наблюдения в Северной и Западной Африке.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1961, № 2. Герасимов И. П. Конструктивная география: цели, методы, результаты.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», 1966, № 5. Герасимов И. П. Преобразование природы и развитие географической науки в СССР. М., 1967. Герасимов И. Л., Розов Н. #., Фридлянд В. М. Почвы, пояснительный текст.— «Физико-географич. атлас мира». М., 1964. Герасимов И. П., Ромашкевш А. И. Генетический профиль современного латерита.— В кн.: «Генезис и география почв зарубежных стран по исследованиям советских географов». М., 1964. Герцен А. И. Письма об изучении природы.— Избр. философ, соч., т. I. М., 1948. «Гидрогеология и гидрология аридной зоны земного шара», т. 1. М., 1955; т. 2. М„ 1959. Гильзенбах Р. З е м л я ж а ж д е т (перев. с нем.). М., 1964. Гинко С. С. Покорение рек. М., 1965. Глушков В. Г. Учет подземного питания в системе р. Зеравшая.— «Изв. Гос. гидрологич. ин-та», 1924, № 11.
Глушков В. Г. Вопросы теории и методы гидрологических исследований. М„ 1961. Голубее Г. Н. Питание рек Чили —«Вести. МГУ», серия геогр., 1969, № 2. Голубев Г. И. Гидрологические условия и использование водных ресурсов горло-пустынной зоны Чили.— В кн.: «Доклады отделений и комиссий Геогр. об-ва СССР». Л., 1970. Горнунг М. Б. К характеристике уэдов Северной Алжирии.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1953, № 5. Горнунг М. Б. Алжирия. М., 1958. Горнунг М. Б. Гвинейская Республика. М., 1960. Григорьев А. А. Субарктика, 1946. Григорьев А. А. Географическая зональность и некоторые ее закономерности.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1954, № 5—6. Григорьев А. А. Режим тепла и влаги и географическая зональность.— «Материалы к III съезду Геогр. об-ва СССР». Л., 1959. Григорьев А. А. Типы географической среды. М., 1970. Григорьев А. А., Будыко М. И. О периодическом законе географической зональности — « Д о к л . АН СССР», т. 110, 1956, № 1. Грин А. М. Динамика водного баланса Центральночерноземного района. М., 1965. Грин А. М., Назаров Г. В. Сравнительная характеристика впитывающей способности почв лесостепной зоны Европейской части СССР.— «Почвоведение», 1965, № 3. Грин А. М., Савельева Т. А. Гидрометеорологические факторы биологической продуктивности полевой экосистемы лесостепи.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1971, № 4. Грин А. М., Савельева Т. А., Чернышев Е. П. Структура водного баланса основных естественных экосистем в Центральной лесостепи и ее связь с биологической продуктивностью.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1972, № 2. Давитая Ф. Ф., Трусов И. И. Климатические ресурсы Кубы. Тбилиси, 1966. Давыдов В. К. и Владимиров Л. А. Основные контуры водного баланса Армении.— «Зап. Гос. гидрологич. ин-та», т. X, 1933. Давыдов Л. К- Вскрытие рек арктической и субарктической зоны СССР.—«Проблемы Арктики», 1939, № 1. Давыдов Л. К• Водоносность рек СССР, ее колебания и влияние на нее физико-географических факторов. Л., 1947. Давыдов Л. К. Гидрография СССР, ч. I, «Общая характеристика вод». Л., 1955; ч. II, «Гидрография районов». Л., 1958. Давыдов Л. К. и др. Вскрытие и замерзание рек (СССР).— «Физикогеографический атлас мира», л. 231. М., 1964. Давыдова А. И. Особенности колебания стока рек различных районов Северного .полушария.— В кн.: «Проблемы речного стока», 1968. Дмитриев Г. В. Схема переброски стока северных рек в бассейн Камы и Волги.— «Тр. Океанографич. комиссии АН СССР», т. б. М., 1959. Дмитревский Ю. Д. Воды Западной Африки.— «Страны и народы Востока», вып. 3, 1964. Дмитревский Ю. Д. Внутренние воды Африки и их использование. Л., 1967. Дмитревский Ю. Д., Олейников И. Н. Река Конго. Л., 1966. Добрынин Б. Ф. Физическая география СССР. Европейская часть и Кавказ. М„ 1940 и 1948. Докучаев В. В. Предполагаемое обмеление рек Европейской России.— «Заседание С.-Петербургского собрания сельских хозяев», 1876, № 7. Докучаев В. В. Наши степи прежде и теперь. СПб., 1892. Докучаев В. В. К учению о зонах природы. Горизонтальные и вертикальные почвенные зоны. СПб., 1899. Долгушин Л. Д. Основные особенности современного оледенения Ура-
ла.— В кн.: «Материалы гляциологических исследований», серия хроника, обсуждения, вып. 1, 1961. «Дороже золота». М., 1961. Дарст Ж. Д о того как умрет природа (перев. с франц.). М., 1968. Дрейер Я. Я . Распределение элементов водного баланса на территории СССР.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1962, № 6. Дрейер Я. Я. Водный баланс.— В кн.: «Кавказ. Природные условия и естественные ресурсы СССР». М., 1966. Дрейер Я . Я . Карта полного речного стока с территории Советского Союза.—«Изв. АН СССР», серия геогр., 1969, № 6. Дрейер Я . Я. Водный баланс Северной Америки.— «Изв. АН СССР», серия геогр. М., 1972, № 1. Дроздов О. А. Годовые суммы осадков.— «Морской атлас», т. II, л. 48 Б. 1953. Дроздов О. А< и Григорьева А. С. Влагооборот в атмосфере. Л . 1963. Дроздов О. А., Калинин Г. Я., Львович М. И. Водообмен в природе.— В кн.: «Генеральные докл. IV Всесоюзн. гидрологич. съезда». Л., 1973. Дружинин И. Я., Коноваленко 3. П., Кукушкина В. П., Хамьянова Я . В. Речной сток и геофизические процессы. М., 1966. Друэи Ж. Проблемы водных ресурсов в Северо-Западной Африке. — В кн.: «Гидрогеология и гидрология аридной зоны земного шара». М., 1955. Дукич Д. Водни биланс 14 европских земельа.— «Гласник Српского Географского Друшства», т. II, 1972, № 1. Дукич Д., Львович М. И. Водные ресурсы Европы и пути их совместного использования. По программе Европейской региональной конференции Международного географического союза. М., 1971. Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека (перев. с франц.). М., 1968. Жуковский Н. Я . и Семенов Г. Я . Гидробатометрические и гидрометрические исследования на р. Оке и Волге в 1919—1927 гг.— «Сб. Гидрологогид ротехнич. ин-та Ц Н И У НКПС» № 2, 3 и 6. М., 1930. Зайков Б. Д. Гидрологический очерк бассейна оз. Севан.— «Материалы по исследованию оз. Севан и его бассейна», ч. I, вып. 3. Л., 1933. Зайков Б. Д. Гидрология Заволжья. Нижневолгопроект, вып. IV. М.—Л., 1935. Зайков Б. Д. Карта среднего годового стока Европы.— «Тр. Гос. гидрологич. ин-та», вып. 6, 1938. Зайков Б. Д. Средний сток и его распределение в году на территории СССР.— «Тр. научно-исследовательских учреждений ГУГМС СССР», серия IV, вып. 24, 1946-а. Зайков Б. Д. Средний сток и его распределение на территории Кавказа.— «Тр. научно-исследовательских учреждений ГУГМС СССР», серия IV, вып. 40, 1946-6. Зайков Б. Д. и Белинков С. Ю. Средний многолетний сток СССР.—«Тр. Гос. гидрологич. ин-та», вып. 2. М.— Л., 1937. Зброжек Ф. Г. Курс внутренних водяных сообщений.— «Сб. Ин-та инженеров путей сообщения». СПб., вып. XVIII, 1890; вып. XXIV, 1892. Зекцер И. С., Ильинская Я. В., Солонек Д. П. К вопросу о подземном стоке в Каспийском море.— «Бюлл. МОИП», отдел геолог., 1967, № 6. Зонн С. В. Главные типы почвообразования в горных тропических областях Юго-Восточной Азии.— В кн.: «Генезис и география почв зарубежных стран по исследованиям советских географов». М., 1964. Зонн С. В. Введение в изучение почв субтропиков и тропиков, ч. I. М.„ 1969; ч. II. М., 1970. Зонн С. В., Ли Чен-квей. К познанию водного режима тропических лесных почв. — «Почвоведение». М., 1961, № 3. Зубенок Л. И. Водный баланс континентов и океанов.— «Докл. АН СССР», т. 108, 1956, № 5. Зубенок Л. И. Испаряемость (возможное испарение с поверхности суши).— «Физико-географический атлас мира», л. 22, карта В. М., 1964.
Зубенок JI. И. Уточненная схема водного баланса континентов.— «Тр. Главной географич. обсерват. им. Воейкова», вып. 263, «Тепловой баланс». Л., 1970. Иванов К. Е. Гидрология болот. Л., 1953-а. Иванов К. Е. Теоретическое и экспериментальное обоснование метода расчета элементов водного баланса болотных массивов.— «Тр. Гос. гидрологии. ин-та», вып. 39 (93), 1953-6. Иванов К. Е. Основы гидрологии болот лесной зоны. Л., 1957. Иванов Н. Н. Ландшафтно-климатические зоны земного шара.— «Зап. Всесоюзн. геогр. об-ва», новая серия, т. I. М.— Л., 1948. Иванов Н. Н. Атмосферное увлажнение тропических и сопредельных стран земного шара. М.— Л., 1958. Измаильский А. А. Как высохла наша степь. Полтава, 1893; также: Избр. соч. М., 1949. Ильин В. С. Грунтовые воды.—БСЭ, т. 19, 1923. Иоанесян С. И. Проблема использования водных ресурсов бассейна нижнего Меконга.— «Водные ресурсы и водохозяйственные проблемы стран Азии». М., 1967. «Использование и охрана водных ресурсов» (перев. с англ.). М., 1972. Калесник С. В. Основы общего землеведения. М.— Л., 1947. Калесник С. В. Очерки гляциологии. М., 1963. Калесник С. В. Общие географические закономерности Земли. М., 1970. Калинин Г. П. Закономерности многолетних колебаний стока рек Северного полушария.— В кн.: «Многолетние колебания стока и вероятностные методы их расчетов». М., 1967. Калинин Г, П. Общие задачи изучения водного баланса.— В кн.: «Тепловой и водный режим земной поверхности». Л., 1960. Калинин Г. П. Пространственно-временной анализ и эргодичность гидрологических элементов.— «Вестн. МГУ», серия V, вып. 5, 1966. Калинин Г. П. Проблемы глобальной гидрологии. Л., 1968. Калинин Г. П., Абальян Г. С. Об определении подземного питания рек.— «Метеорол. и гидрол.», 1957, № 5. Калинин Г. П., Кузнецова JI. П. О расчете элементов водного баланса атмосферы и гидросферы.— «Водные ресурсы», 1972, № 1. Каменский Г. Н. Зональность грунтовых вод и почвенно-географические зоны.— «Тр. лаборатории гидрологич. проблем им. Ф. Н. Саваренского», т. 6. М., 1949. Каминский А. А. Данные и мысли о круговороте воды на земном шаре.—«Изв. Гидрометеорологич. бюро», вып. IV, 1925. Карасик Г. Я. Подземное питание рек Африки.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», 1969, № 6. Карасик Г. Я. Водный баланс и водные ресурсы Африки.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1969, № 3. Карасик Г. Я. Исследования водного баланса африканской саванны.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1969, № 1. Карасик Г. Я. Водный баланс Африки. М., 1970. Карасик Г. Я. Водный баланс Южной Америки.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1974, № 1. Караушев А. В. Транспорт наносов в потоках.— «Тр. Гос. гидрологич. ин-та», вып. 8(62), 1948. «Карта среднегодового стока Китая», 1957 (на кит. яз.). Кашкай Р. М. Закономерности водного баланса Большого Кавказа в пределах Азербайджанской ССР.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1966, № 5. Кашкай Р. М. Водный баланс Большого Кавказа (в пределах Азербайджанской ССР). Баку, 1973. Келлер Р. Воды и водный баланс суши (перев. с нем.). М., 1965. Кеммерих А. О. Новый район оледенения. Ледники Полярного Урала.— «Природа», 1960, № 2.
Кешишев В. Н. О речном стоке восточной Кубы.— «Вестн. МГУ», серия V, 1966, № 2. Кириллин В. А. О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов. Д о к л а д на четвертой сессии Верховного Совета СССР.—«Правда», 20 сентября 1972 г. Китредж Дж. Влияние леса на климат, почвы и водный режим. М., 1951. «Климатический справочник Африки», т. I, II. J1., 1969. Клячко В. А. Перспективы увеличения ресурсов пресных вод на территории СССР з а счет опреснения соленых и солоноватых вод.— «Водные ресурсы», 1972, № 1. Ковда В. А. Происхождение и режим засоленных почв, т. I. М.— Л., 1946. Комаров В. Д. Весенний сток равнинных рек Европейской части СССР, условия его формирования и методы прогнозов. Л., 1959. Конардов И. П., Новиков В. М. Круглогодовое орошение сточными водами.— В кн.: «Материалы Комиссии по подготовке предложений об использовании коммунальных и промышленных сточных вод в сельском хозяйстве». М., 1963. Константинов А. Р. Испарение в природе. Л., 1963. Коронкевич Н. И. Ресурсы воды в земледельческих районах, подверженных засухе.— «Вопр. геогр.», 1968, № 73. Коронкевич Н. И. (Варианты оценки влияния хозяйственной деятельности на сток.—«Изв. АН СССР», серия геогр., 1970, № 1. Коронкевич Н. И. Преобразование водного баланса М., 1972. Корзун В. И. Сток и потери талых вод на склонах полевых водосборов. Л., 1968. Корт В. Г. Водообмен между океанами.— «Океанология», т. II, вып. 4. М., 1962. Костандов JI. А. Сточные воды и рациональное использование водных ресурсов в химической промышленности.— «Журнал Всесоюз. химич. об-ва им. Д . И. Менделеева», т. XVII, 1972, № 2. Котляков В. М. Измерение прихода массы ледникового покрова Антарктиды.— В кн.: «Гляциологические исследования», сб. № 5, 1960. Котляков В. М. Снежный покров Антарктиды и его роль в современном оледенении материка. — В кн.: «Гляциологические исследования», сб. 7, 1961. Кочерин Д. И. Вопросы инженерной гидрологии. М.— Л., 1932. Крицкий С. Н., Менкель М. Ф. Расчеты речного стока. М.—Л., 1934. Куделин Б. И. Гидрологический анализ и методы определения подземного питания рек.— «Тр. лаборатории гидрологич. проблем АН СССР», т. V. Л., 1948. Куделин Б. И. Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод. М., 1960. Кузин Н. С. Водный баланс Советского Союза.— «Природа», 1950, № 11. Кузин Н. С. Классификация рек и гидрологическое районирование рек СССР. Л., 1960. Кузнецов Н. Т. Воды Центральной Азии. М., 1968. Кузнецова Л. И. и Шарова В. Я• Количество осадков (мировая карта), л. 42—43.— «Физико-географический атлас мира». М., 1964. Кузник И. А.. Агролесомелиоративные мероприятия, весенний сток и эрозия почвы. Л., 1962. Кунин В. Н. Местные воды пустыни и вопросы их использования. М., 1959. Кунин В. Н. Роберт Амброджи. Вода под Сахарой. США, 1966.—«Проблемы освоения пустынь», 1968, № 3. Кунин В. Н. О питании подземных вод в Нью-Йорке.—«Изв. АН СССР», серия геогр., 1972, № 5. Кунин В. П., Лещинский Г. Т. Временный поверхностный сток и искусственное формирование грунтовых вод в пустыне. М., Д960.
Куприянов В. В. Сток и испарение с речных водосборов Скандинавии.— «Тр. Гос. гидрологич. ин-та», вып. 78, 1960. Куприянова Е. И. Водный баланс Западно-Сибирской равнины. М., 1967. Куракова Л. И., Миланова Е. В. Ландшафты орошаемых земель зарубежной Азии.— В кн.: «Природные ресурсы и культурные ландшафты материков». М., 1971. Ланге О. К. О районировании грунтовых вод. Очерки по региональной гидрогеологии.— «Материалы к познанию геологического строения СССР», МОИП, новая серия, вып. 8/12, 1947. Ланге О. К. Основы гидрогеологии, 1950. Ланге О. К. Подземные воды СССР, ч. I, «Подземные воды Европейской части СССР». М., 1959. Ландсберг Г. Г., Фишман Л. Л., Фишер Д. Л. Ресурсы США в будущем, т. 1, 2 (перев. с англ.). М., 1965. Лаптев И. П. Научные основы охраны природы. Томск, 1970. Ленькова А. Оскальпированная земля (перев. с польск.). М., 1971. Личков Б. Л. Изучение подземных вод в связи с задачами единой гидрометеорологической службы.— «Изв. Гос. гидрологич. ин-та», 1931, № 32— 41. Ломоносов М. В. Первые основания металлургии.— Соч., т. VII. Л., 1934. Лопатин Г. В. Эрозия и сток наносов.— «Природа», 1950, № 7. Лопатин Г. В. Наносы рек СССР. М., 1952. Лопатин Г. В. Мутность речных вод и сезонное распределение стока взвешенных наносов (СССР). Сток речных взвешенных наносов (СССР).— «Физико-географический атлас мира», л. 227—228. М., 1964. Лукашева Е. Н. Ю ж н а я Америка. М., 1956. Лукашева Е. Н. Основные закономерности природной зональности и проявление ее на суше Земли.— «Вести. МГУ», серия V, 1966, № 6. Лукиных Н. А., Липпман Б. Л. и др. Проблема использования городских сточных ,вод в промышленности.— «Журн. Всесоюз. химич. об-ва им. Д . И. Менделеева», т. XVII, 1972, № 2. Львович А. И. Поля орошения на землях колхозов и совхозов.—«Гигиена и санитария», 1957, № 7. Львович А. И. Использование сточных вод в сельском хозяйстве за рубежом.— В кн.: «Материалы Комиссии по подготовке предложений об использовании коммунальных и промышленных сточных вод в сельском хозяйстве». М., 1963. Львович А. И. Охрана водных ресурсов.— В кн.: «Комплексное использование водных ресурсов». Ташкент, 1966. Львович А. И. (составитель). Библиография по естественным способам очистки сточных вод и использованию их в сельском хозяйстве. М., 1964; вып. 2. М., 1971. Львович А. И. Проблемы защиты поверхностных вод от загрязнения.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1973, № 1. Львович А. И., Конардов И. Н. и др. Поля орошения и урожайность.— «Природа», 1961, № 5. Львович А. И., Лорх Г. Г. Технико-экономические показатели по земледельческим полям орошения.— В кн.: «Материалы Комиссии по подготовке предложений об использовании коммунальных и промышленных сточных вод в сельском хозяйстве». М., 1963. Львович М. И. Задачи гидрологии в золотопромышленности.— «Изв. •Гос. гидрологич. ин-та», 1934-а, № 64. Львович М. И. Проблема гидрозолота и ее значение.— «Советская золотопромышленность», 1934-6, № 6. Львович М. И. Карта стока Норвегии.— «Изв. Гос. гидрологич. ин-та», 1935, № 70. Львович М. И. Опыт классификации рек СССР.— «Тр. Гос. гидрологич. ин-та», вып. 6, 1938. Львович М. И. Элементы режима рек земного шара. Свердловск — М., 1945.
Львович М. И. О методике расчетов изменений питания рек подземными водами. Методика расчетов ожидаемых изменений режима рек под влиянием осуществления плана лесонасаждений.— «Докл. АН СССР», т. 75, 1950-а, № 1 , 2 . Львович М. И. Гидрометеорологическое действие лесных полос и принципы их размещения на полях колхозов и совхозов.— «Тр. Гос. гидрологич. ин-та», вып. 23 (77), 1950-6. Львович М. И. О преобразовании стока рек степных и лесостепных районов Европейской части СССР.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1952, № 5. Львович М. И. Регулирование водного баланса орошаемых полей при помощи лесонасаждений как средство уменьшения норм орошения.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1954, № 2. Львович М. И. Физико-географические факторы речного стока.— «Вопросы географии». Сб. статей для XVIII Международного геогр. конгресса. М.—Л., 1956. Львович М. И. Водный баланс суши.— «Материалы к III съезду Географич. об-ва СССР». Л., 1959-а. Львович М. И. Комплексный географический метод в гидрологии и задачи его развития.— «Тр. III Всесоюзн. гидрологич. съезда», т. VII, 1959-6. Львович М. И. Водный баланс. Водный баланс Земли.— «Краткая географическая энциклопедия», т. I. М., 1960-а. Львович М. И. Изменения речного стока под влиянием земледелия.— В кн.: «Колебания и изменения речного стока». М., 1960-6. Львович М. И. Сток рек земного шара.— «Природа», 1960-в, № 5. Львович М. И. О комплексном использовании и охране водных ресурсов.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1961, № 2. Львович М. И. Водный баланс и его зональные закономерности.—«Изв. АН СССР», серия геогр., 1962, № 2. Львович М. И. Человек и воды. М., 1963. Львович М. И. Типы водного режима рек (земного шара). Речной сток (земного шара), л. 58—61.—«Физико-географический атлас мира». М., 1964-а. Львович М. И. Водный баланс и водные ресурсы.—'В кн.: «Развитие и преобразование географической среды». М., 1964-6. Львович М. И. Водный баланс Земли и природных зон на территории СССР.— В кн.: «Современные проблемы географии». М„ 1964-в. Львович М. И. Географические исследования водного баланса в СССР. Дополнительная глава к русскому изданию книги Р. Келлера «Воды и водный баланс суши». М., 1965. Львович М. И. Водные ресурсы.— «Краткая географическая энциклопедия», т. 5. М., 1966-а. Львович М. Воден баланс.— В кн.: «География на България», т. I, «Физическая география». София, 1966-6. Львович М. И. Географические основы водного законодательства.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», 1967-а, № 3. Львович М. И. Водные ресурсы земного шара и их будущее.— В кн.: «Материалы XIV Генеральной Ассамблеи МГГС». М., 1967-6. Львович М. И. Водный баланс СССР и его преобразование.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1967-в, № 5. Львович М. И. Водные ресурсы земного шара и их будущее.— «Изв. АН СССР», серия геогр. 1967-г, № 6. Львович М. И. О научных основах комплексного использования и охраны водных ресурсов.— В кн.: «Водные ресурсы и их комплексное использование», «Вопросы географии», сб. 73, 1968-а. Львович М. И. Круговорот воды на Земле и проблемы управления им.— В кн.: «Докл. Междунар. географич. конгрессу в Дели». М., 1968-6. Львович М. И. Перспективы использования и охраны водных ресурсов мира. СЭВ.— «Бюлл. по водному хозяйству», 1968-2(3)-в. Львович М. И. Водные ресурсы будущего. М., 1969. Львович М. И. Мировой водный баланс.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», 1970, № 4. i
Львович М. И. Мировые водные ресурсы и их будущее.— «Гидротехника и мелиорация», 1971-а, № 6. Львович М. И. Реки СССР. М., 1971-6. Львович М. И. Водный баланс материков земного шара и балансовая оценка мировых ресурсов пресных вод.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1972-а, № 5. Львович М. И. Основные пути использования и охраны водных ресурсов в перспективе.— «Журн. Всесоюзн. химич. об-ва им. Д. И. Менделеева», т. XVII, 1972-6, № 2. Львович М. И., Назаров Г. В., Разумихин Н. В. Исследования обработки почвы на сток в Южном Заволжье.— В кн.: «Колебания и изменения речного стока». М., 1960. Львович М. И., Грин А. М., Дрейер Н. Н. Основы метода изучения водного баланса и его преобразований. М., 1963. Львович М. И., Коронкевич Н. И. Ориентировочный прогноз использования и охраны водных ресурсов СССР на уровне 2000 г.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1971, № 2. Львович М. И., Россолимо Л. Л. Проблема воды и предотвращения качественного истощения водных ресурсов.— В кн.: «Человек, общество и окружающая среда». М., 1973. Макаренко Ф. А. О подземном питании рек.— «Тр. лаборатории гидрологич. проблем АН СССР», т. I, 1948. Макаренко Ф. А. Вода под землей.— В кн.: «Круговорот воды». М., 1966. Маккавеев Н. И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М., 1955. Максимов С. П. Об изучении движения речных наносов.— В кн.: «Вопросы речного быта». С П б ч 1905. Максимович Г. А. Химическая география вод суши. М., 1955. Малин К. М. Жизненные ресурсы человечества. М., 1967. Марков К. К. Основные проблемы геоморфологии. М., 1948. Марков К. К. Общая физическая география, ее теория, точные методы исследования и применение в народном хозяйстве. — В кн.: «Советская география в период строительства коммунизма». М., 1963. Марков К. К-, Бардин В. И., Лебедев В. Л., Орлов А. И., Суетова И. А. География Антарктиды. М., 1968. Маркс К. и Энгельс Ф. Собр. соч., т. 20. Маринов ИТодоров Т. и др. Среднемногогодишен отток H P България.— «Тр. на Инет. по хидрологии и метеорологии», т. IV, 1959. Мартонн Э. Центральная Европа. М., 1938. Мартонн Э. Основы физической географии, т. I, 1939. Масляков В. Н. Я н ц з ы — в е л и к а я река Китая. М., 1959. Машбиц Я. Г. Мексика. М., 1961. Миркин С. Л. Коэффициент полезного действия оросительных систем Средней Азии и пути его повышения.— В кн.: «Вопросы использования водных рек Средней Азии». М., 1954. Молчанов А. А. Влияние леса на окружающую среду. М., 1973. Мосиенко Н. А. Склоновый сток на приобском плато.— «Метеорология и гидрология», 1958, № 6. Мосиенко Н. А. Агрогидрологические основы орошения в степной зоне. Л., 1972. Муранов А. П. Реки Евфрат и Тигр. Л., 1959. Мустонен С. Е., Сеуне П. Влияние лесомелиорации на гидрологию открытых болот Финляндии.— «Международный симпозиум по гидрологии заболоченных территорий». Минск, 1972. Назаров Г. В. Анализ естественных и антропогенных факторов стока в Южном Заволжье.— В кн.: «Колебания и изменения речного стока». М., 1960. Назаров Г. В. О методике оценки изменений речного стока под влиянием земледелия.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1963, № 1. Назаров Г,. В. Изменение стока рек Украины под влиянием земледелия.—«Изв. АН СССР», серия геогр., 1966, № 1.
Назаров Г. В. Зональные особенности водопроницаемости почв СССР. Л., 1970. Неклюкова Н. П. Общее землеведение. М„ 1967. Немальцев А. С. Некоторые характеристики стока рек Швеции.— В кн.: «Проблемы речного стока». М., 1968. Немальцев А. С. Средний многолетний сток и его распределение на территории Пиренейского полуострова. — «Вестн. МГУ», серия V, 1968. № 4. Немальцев А. С. Гидрологическая изученность и карта среднего многолетнего стока земного шара.— Сб. «Применение количественных методов в географии». М., 1970. Нестерук Ф. Я. Водные ресурсы Индии и их использование.— В кн.: «Из истории науки и техники в странах Востока», вып. 1, 1960. Нестерук Ф., Байбаков Е. Реки Африки и их использование.— «Речной транспорт», 1961, № 8. Николаев В. А., Рябчиков А. М. Аридные ландшафты Раджастана.— «Изв. Всесоюзн. геогр. об-ва», т. 97, вып. 1, 1965. Николаева Г. М., Черногаева Г. М. Карты элементов водного баланса Азии.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1974, № 2. Новиков В. М. 25 лет научно-исследовательской работы в области оро шения сточными водами.— «Тр. Центр, научно-исследов. станции по сельскохозяйственному использованию сточных вод», вып. 1. М., 1969. Огиевский А. В. О подземном питании реки Днепра.— В кн.: «Исследование рек СССР», вып. 4, 1932. Олейников И. Н. О водном режиме Конго и ее притоков.— В сб.: «Страны и народы Востока», вып. 7, 1969. Ольдекоп Э. Об испарении с поверхности речных бассейнов. Юрьев, 1911. Опарин А. И. Возникновение жизни ,на Земле. М., 1941. Парсон Р. Природа предъявляет счет (Охрана природных ресурсов США) (перев. с англ.). М., 1969. Пенчев П. Обща хидрология (на болг. яз.). София, 1960. Пенчев П. Хидроложко райониране.— «География на България», т. I. София, 1966. Печинов И. Д. Водна ерозия и твърд отток.— «Природа», т. 8, кн. 1. София, 1959. Панов Б. П. Зимний режим рек СССР. Л., 1960. Покшишевский В. Население мира в будущем.— «Новый мир», 1966, N° 1. Поляков Б. В. Гидрология бассейна реки Дона.— «Волго-Донская водная магистраль», проект 1927—1928 гг., вып. VIII. Ростов-на-Дону, 1930. Поляков Б. В. Исследования стока взвешенных и донных наносов. Л., 1935. Поляков Б. В. Исследование причин уменьшения стока в Заволжье.— В кн.: «Сборник Нижневолгопроекта», вып. 8. М.—Л., 1938. Поляков Б. В. Методика исследования речных наносов и перекатов. М.— Л., 1940. Попов О. В. Подземное питание рек. Л., 1968. Преображенский В. С. Кодарский ледниковый район (Забайкалье). М., 1960. Преображенский В. С. Современное оледенение гор северо-востока Азии.— В кн.: «XIX Международный географический конгресс в Стокгольме». М., 1961. «Природа и общество». М., 1966. «Природные условия и естественные ресурсы СССР», т. 1—18. М., 3963—1972. «Проблемы хозяйственного освоения Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги». М., 1962. Проскуряков А. К. и Проскуряков Б. В. Результаты первого этапа работ по изучению влекомых наносов в условиях среднего течения р. Волги.— «Сборник Гидроэнергопроекта». Л., 1928, № 3.
Путнам Д. Канада (перев. с англ.). М., 1955. «Расходы воды избранных рек мира», г. I, «Общие режимные характеристики избранных станций». ЮНЕСКО, 1969; т. II, «Месячные и годовые расходы воды, зарегистрированные различными избранными станциями». Unesco, Paris, 1971. Раунер Ю. Л. Тепловой баланс растительного покрова. Л., 1972. Реклю Э. Земля, т. I. Суша. СПб., 1872. Роде А. А. Водный режим почвы и его типы.— «Почвоведение», 1956, № 4. Роде А. А. Основы учения о почвенной влаге, т. I, 1965; т. II, 1969. Роде А. А. Водный режим некоторых основных типов почв СССР.— В кн.: «Тепловой и водный режим почв СССР». М., 1968. Родин Л. Е., Базилевич Н. И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М.—Л., 1965. Россолимо Л. Л. Пути развития озер в культурных ландшафтах.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1968, № 1. Россолимо Л. Л. Задачи изучения я регулирования антропогенного евтрофирования водоемов в СССР.— «Водные ресурсы», 1972, № 2. Русев Р. Характеристика на средни я многогодишен отток в Българ--' — «Изв. на Геогр. инст. БАН», т. V, 1961. Рустамов С. Г. Джафаров Б. С., Гаджибеков В. С. Водный баланс бассейнов рек Малого Кавказа. Баку, 1969. Рюле О. Хлеб для шести миллиардов. М., 1965. Рябчиков А. М. Гидротермические условия ,и продуктивность фитомассы в основных ландшафтных зонах.— «Вестн. МГУ», 1968, № 5. Рябчиков А. М. Структура и динамика геосферы, ее естественное развитие и изменение человеком. М., 1972. Савельева Т. А. Некоторые результаты исследования влияния агротехнических мероприятий на испарение с сельскохозяйственного поля.— В кн.: «Геофизика ландшафтов», вып. 2. М., 1972. Селянинов Г. Т. Методика сельскохозяйственной характеристики климата.— «Мировой агроклиматический справочник». Л., 1937. Серебрянный Л. Р. Исландия. М., 1969. Силин-Бекчурин А. И. Подземные воды Северной Африки. М., 1962. «Симпозиум ЕЭК по вопросам окружающей среды». ООН, Нью-Йорк, 1971. Соколов А. А. Гидрография СССР (Воды суши). Л., 1964. Соколовский Д. Л. Речной сток. Л., 1952. Соседов И. С. Исследование баланса снеговой влаги на горных склонах. Алма-Ата, 1967. Спенглер О. А. Новые данные о стоке реки Амазонки.— «Метеорология и гидрология», 1970, № 8. Степанов В. Н. Основные размеры Мирового океана и главнейших его частей.— «Океанология», т. I, вып. 2, 1961. Субботин А. И. Сток талых и дождевых вод. М., 1966. Тилло А. Средняя высота суши и средняя глубина моря.—«Изв. Русск. геогр. об-ва», т. XXV, вып. 2, 1889. «Типы природы ландшафтов суши земного шара (по зональным особенностям».— «Физико-географический атлас мира», л. 75. М., 1964. Ткаченко М. Е. Водоохранно-защитное значение леса.— «На лесокультурном фронте», 1932, № 1 и 3. Троицкий Л. С. Некоторые особенности современного оледенения Полярного Урала.— «Гляциологические исследования», 1961, № 6. Турчинович А. Т. Основы водохозяйственного баланса.— В кн.: «Управление поверхностными и подземными водными ресурсами и их использование». М., 1961. Тушинский Г. К. Ледники, снежники, лавины Советского Союза. М., 1963. Тушинский Г. К. Космос и ритмы природы земли. М., 1966.
Тюрк Л. Баланс почвенной влаги (перев. с франц.). Л., 1958. Фаворин Н. II. Искусственное питание подземных вод и роль в нем ирригационных мероприятий.— В кн.: «Управление поверхностными и подземными водными ресурсами и их использование». М., 1961. Федоров Е. К. Взаимодействие общества и природы. Л., 1972. Федосеев И. А. Развитие гидрологии суши в России. М., 1960. Федосеев И. А. Развитие знаний о происхождении, количестве и круговороте воды на Земле. М., 1967. «Физико-географическое районирование».— «Физико-географический атлас мира». М., 1964. Европа, л. 96; Азия, л. 116; Африка, л. 136; Северная Америка, л. 156; Ю ж н а я Америка, л. 176; Австралия, л. 190; СССР, л. 249. Фортунатов М. А. Проблема сооружения водохранилищ и предварительные итоги их учета в различных частях света.—«Материалы первого научно-технического совещания по изучению Куйбышевского водохранилища», ьып. 1. Куйбышев, 1963. Фридланд В. М. К вопросу о факторах зональности.— «Изв. АН СССР», серия геогр., 1959, № 50. Фридланд В. М. Почвы и кора выветривания Западного Пакистана.— В кн.: «Генезис и география почв зарубежных стран по исследованиям советских географов». М., 1968. Фридланд В. М., Ерохина А. А. Сравнительная генетическая характеристика почв Северной Америки, СССР и Западной Европы.— Сб. «Исследования в области генезиса почв». М., 1963. Фюрон Р. Проблема воды на земном шаре (перев. с франц.). Л., 1966. Ханайченко Н. К. Система экваториальных противотечений.— «Природа», 1966, № 8. Херст Г. Нил. М., 1954. Хоммик К. Т, Влияние осушения на режим стока в условиях Эстонской ССР. Таллин, 1958. Чеботарев А. И. Общая гидрология. Л., 1960. «Человек, общество и окружающая среда». М., 1973. Черногаева Г. М. Водный баланс Европы. М., 1971. Шамов Г. И. Речные наносы. Л., 1954. Шебеко В. Ф. Гидрологический режим осушаемых территорий. Минск, 1970. Шкляев А. С. К вопросу о влиянии хозяйственной деятельности человека на сток бассейна Оки до Калуги.— В кн.: «Уч. зап. Пермского гос. ун-та им. Горького», т. IX, вып. 1, 1955. Шнитников А. В. Внутривековые колебания уровня степных озер Западной Сибири и Северного Казахстана и их зависимость от климата.— «Тр. лаборатории озероведения», т. I, 1950. Шнитников А. В. Изменчивость общей увлажненности материков Северного полушария.— «Зап. Геогр. об-ва СССР», т. 16, .новая серия, 1957. Шнитников А. В. Озера (мира).— «Физико-географич. атлас мира», л. 53—57. М., J964. Шнитников А. В. Вероятные тенденции колебаний водности территории С С С Р — «Вопр. геогр.», сб. 73. М., 1968. Шнитников А. В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности. Л., 1969. Шнитников А. В. Реконструкция водного баланса озера Балхаш.— «Вестн. АН Казахск. ССР», 1973, № 3. Шокальская 3. Ю. Почвенно-географический очерк Африки. М.—Л., 1948. Шрестха Хари-Ман. Определение гидроэнергетических ресурсов Непала.— В кн.: «Сборник работ по гидрологии». Л., 1966, № 6. Штернов П. Н. Охрана водоемов .в СССР от загрязнения.— «Водные ресурсы», 1972, № 1. Шульц В. Л. Средняя Азия. Годовой сток.— «Физико-географич. атлас мира», л. 225. М., 1964. Шульц В. А. Реки Средней Азии. Л., 1965.
Шульц В. А. Реки Афганистана.—«Тр. Среднеаз. Науч.-исслед. гидрометеорологич. ин-та», вып. 42(57). М., 1968. Шумский П. А., Кренке А. Н. Современное оледенение Земли.— «Геофизич. бюлл.», 1965, № 14. Щеглова О. П. Питание рек Средней Азии. Ташкент, 1960. Энгельс Ф. Диалектика природы. М., 1955. «Энергетические ресурсы СССР». Гидроэнергетические ресурсы. М., 1967. Эристов В. С. Использование водных ресурсов Юго-Восточной Азии и Австралии. М.—JL, 1961. Юльг Г. Несколько гляциологических летних наблюдений. Экспедиция А. Вегенера в Гренландию. Л., 1935.
Ab'Saber А. N. Relevo, estructura е rede hidrografica do Brasil.— «Boletim geogг.», 1956, ano XIV, N 132. «Actividades de CEPAL en el desarrollo de los recursos hidraulicos en America Latina».— «Comision economica para America Latina», 1970. «Actividad hidrografica».— «Bol. Serv. hidrogr. naval», 1966, 3, N 4. «Afghanisches gewasserkundliches Jahrbuch». Gebiet des Kabul-Flusses Abflussjahre. Hrsg. von der Deutschen Wasserwirtschaftsgruppe Afghanistan und dem Ministerium fur Landwirtschaft des Konigreiches Afghanistan. Kabul, 1967. Ahuja J. R. P l a n n i n g of River Gauge and discharge observations in India.— «Hydrologic Networks and Methods, Flood Control Series», N 15, WMO. Bangkok, 1960. Albrecht F. Jahres Karten des Warme — und Wasserhaushaltes der Ozeane.— «Berichte des Deutschen Wetterdiensten», 1960, N 66, Bd. 9. Allis Y. A. Runoff from Conservation and Non-conservation Watersheds.— «Agricultural Engineering», 1953, November. Alvarez R. /., Klanke A., Volsan J. M. Aforos del rio Orinoco realizados por el departamento de meteorologia e hidrologia de la Escuela de ingenieria •civil de la Facultad de ing.— «Boletin de la Facultad de ingenieria Univ. central de Venezuela», 1964, N 8. «Amazonas, rio real do mundo futuro».— «Boletin geogr.», 1962. «Annual report (technical) 1958, Central Board of Irrigation and Power». New Delhi, 1960, Publication N 68. «Annual report of River and Climatological Data of West Pakistan». Lahore, 1960—1967, vol. 1. «Annuario fluviometrico», R. de J., 1943, N 2—5. «Annuario hidrologico 1949—1952». B. A., 1958. «Annuario hidrologico del Chile, 1961—1963». Santiago, 1964—1965. «Annuario hidrologico Republica del Ecuador». Quito, 1964—1967, N 1—4. «Annuario hidromelrico 1961—1965». Caracas, 1963—1966. «Annuaire Hydrologique de L'Algerie, annee 1945—1964». Alger, 1948— 1955. «Annuaire Hydrologique de la France d'Outre-Mer, annee 1950—1956». Paris, 1951—1962. «Annuaire Hydrologique du Congo beige et du Ruanda-Urundi, annee 1951—1955». Bruxelles, 1952—1956. Archambault J. Hydrologie tunisienne. Tunis, 1947. Archambault J. Les eaux souterraines de PAfrique occidentale. Nancy, 1961. «Australia-Stream Gauging Information, the Resources Information and Development Branch of the Department of National Development». Canberra, 1962. Ayala L. U., Avellan F. V. National inventory of surface water in Venezuela.— «Symp. on World Water Balance, Reading», 1970. Barrera R. O. Hidrologia del rio Tunuyan. — «Bol. estud. geogr.», 1962, N 36.
Bates С. G. and Henry A. Y. Forest and streamflow at Wagon Wheel Gap, Colorado, Final Report — « M o n t h l y Weather Rev. Suppl.», 1928, N 30. Belgrand E. La Seine. Paris, 1869. Bernardes N. Os rios do Brasil.— «Bolitim geogr.», 1968, N 205. «Bewasserungsprobleme Kolumbiens.— «Z. Wirtschaftsgeographie», 1961, N 4. Bhatia H. R. P l a n n i n g for River Valley Projects — «Bhagirath». New Delhi, 1970, vol. 17, N 2. Blench T. Regime behavior of canals and rivers. London, 1957. «Boletrn de estadi'stica hidrologica», 1962—1963, N 1—21. «Boletin hidrometrico». Habana, 1967—1968, N 1—3. Boulton A. Der Wasserhaushalt Grossbritanniens.— «Wasser und Boden», 1964, Ianuar. Brasseur G. Le probleme de l'eau au Senegal.— «Etudes senegalaises», 1952, N 4. Brenken G. Versuch einer Klasifikation der Fluss und Strome der Erde nach Wasserwirtschaftlichen Gesichtspunkten. Diisseldorf, 1960. Broggi J. A. Nuestros rios. — «Bol. de la Soc. geogr. de Lima», 1958,. N 5. Brooks С. E. P. Variations in the levels of the Central African Lakes.— «Geogr. phys. memoires», 1923, N 20. Budyko M. I. The Water Balance of the Oceans. Symposium on World water balance, IASH, 1970, Publication N 92. Bultot F. Sur le regime des rivieres du bassin congolais.— «Bull, seances Acad. Roy. Sci. Colon», 1959, vol. 5, N 2. Bultot F. Sur la determination des moyennes mensuelles et annuelles de Г evaporation reelle et de l'ecoulement dans le bassin congolais.— «Bull, seances Acad. Roy. Sci. Colon.», 1962, vol. 8, N 4. Burkalow Van A. Runoff maps.— «Geographical Review», 1951, Jan. Burz J. Probleme de Bewasserung in Chile.— «Die Wasserwirtschaft», 1971, H. 11. Carvalho C. D. О rio Amazonas e sua bacia.— «Rev. bras, de geogr.»,. 1942, N 2. Castany G. Hydrogischer Abriss und Wasserhaushalt Frankreichs. — «Wasser und Boden», 1965, N 2. Charlier J. Etudes hydrographiques dans le bassin du Lualaba.— «Acad. Roy. Sci. Colon. Classe Sci. Techn. Memoires in Nouv. serie», 1955, t. 1, fasc. 2. Church R. J. H. The Limpopo scheme.— «Geograph. Magazine», 1964,. vol. 37, N 3. Church J. E., Sardina D. A. Problemas de los caudales provenientes de la fusion de la nieve en los Andes.— «Ciencia у teen.», 1964, N 6. Clarke F. The data of geochemistry, U. S. Geol. Survey. Bulletin». Washington, 1924, N 770. Clowes A. J. An introduction to the hydrology of South Africa waters.. Pretoria, 1950. «Compilation of rainfall and runoff from the watersheds and terraced areas of the Fort H a y s Conservation Experiment Station». Kanzas, 1930—1938. U. S. Depart, of Agriculture, 1940 (a). «Compilation of rainfall and runoff from the watersheds of the Red Plans Conservation Experiment Station, Guthre». Oklahoma, 1931—1938. U. S. Depart, af Agriculture, 1940 (b). «Compilation of rainfall and runoff from the watersheds of the Missuri Valley Loess Region Conservation Experiment Station». Clarinda, Yowa, 1934—1938. U. S. Depart, of Agriculture, 1940 (c). Cook H. The effect of land management upon runoff and ground waters,. «Proc. of UN. Sc. Conference on the Conservation and Utilization of Resources». New York, 1951. Cordeiro N. V. A large-scale hydrological study in Latin America: the upper basin of the Rio P a r a g u a y in Brazil.—«Nature and Resources», 1967, N 2.
Cuenca del rio de La Plata. Estudio para su planificacion у desarrollo. Washington, 1969. Darnault P. Les etudes hydrologiques au Cameroun. Grenoble, 1947. Davila C. R. Problemas meteorologicos e hidrologicos.— «Rev. Inst, geogr. Univ. nac. mayor S a n Marcos», 1957, N 3. Deacon E. L., Priesley C., Swinbank W. Evaporation et bilan hydrique Recherches sur la zone aride, Climatologie. — «Compte rendu de recherche». UNESCO, 1958. Debencham F. The water resources of central Africa.— «Geogr. J.», 1948, vol. I l l , N 4/6. Debski K. Charakterystyka hidrologiczna Polski. Lodz — Warszawa, 1961. «Demographic Yearbook», 1970, ONU. New York, 1971. «Derrotero argentino». Parte 1-Rio de la Plata. B. A., 1957. «Derrotero argentino». Parte IV-Rios Parana, Paraguay, Bermejo, Pilcomayo у Uruguay. B. A., 1961. Devroey E. S. Atlas general du Congo. Noticie de la carte des eaux superficielles du Congo beige et du Ruanda-Urundi. Bruxelles, 1951. De Wiest R. Geohydrology. New York, 1965. Dubieff J. Essai sur l'hydrologie superficielle au Sahara. Alger, 1953. Dubrowin Т., Roginski S. Oddzialywanie rolnictwa i lesnictwa na bilans wodny zlewni rz. N o t e d po ujscie Gwdy.— «Gospod. wodna», 1954, vol. 14, N 11. Dynowska I. Туру rezimow rzecznych w Polsce «Zeszyty naukowe Uniwersytetu Jaqellonskiego». Krakow, 1972. «Е1 potencial hidroelectrico de America Latina».— «Boletin economico de America Latina», 1967, N 1. «Е1 regimen pluviometrico en la Republica Argentina. Normales de lluvia de 25 anos у frecuencia de dias (anos 1913—1937»). Buenos Aires, 1943. «Enquete sur les resources naturelles du continent africain, UNESCO». Paris, 1963. Erdelyi M. The hydrogeology of Ghana.— «Bulletin of the Intern. Assoc. of Sci. Hydrl.», 1965, annee 10, N 1. «Etude d'hydrologie superficielle en regions subdesertiques, desertiques d'Afrique Noire».— «Terres et eaux», 1962, t. 14, N 38. «Etudes hudrologiques des petits bassins versants de l'AOF».— «Rap. prelimin. sur les result, des сотр., 1957—1960». Paris, 1957—1960. Ferguson H. L.j O'Neill A. D. J., Cork H. F. Mean evaporation over Canada.— «Water Resources Res.», 1970, vol. 6, N 6. Flohn H. Comments on water budget investigations, especially in tropical and subtropical mountain region.— «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, Publication N 93. Foamier F. Climat et erosion. Presses Universitaires de France. Paris, 1960. Franz H. Boden- und Wasserwirtschaftliche Probleme in Tschadgebiet.— «Osterreichische Wasserwirtschaft», 1958, Jg. 10, H. 3. Frick G. Wassererschlefiung in Haiti.— «Wasser und Boden», 1970, H. 8. Fritzsche R. Niederschlag, Abfluss und Verdunstung auf den Landflachen der Erde.— «Zeitschrift fur Gewasserkunde», 1906, Bd. 7, H. 6. Frolov V. La composante annuelle (pluviometrie et hydrometrie en Argentine). Paris, 1935. Gandolfo J. B. El agua en la Patagonia.— «Publ. de la facultad de cienc. fisicomat. de Univ. nacional de la Plata». La Plata, 1939, N 123. Gandolfo J. B. Estudio de la evolucion fluvial que determina el eridicamento del rio San Juan.— «Publ. de la fac. de cienc. fisicomat., Univ. nacional de La Plata», 1940, N 126. Gardner W. R. Les relations entre le sol et l'eau dans les climats arides et semi-arides. — « C o m p t e rendu de rech. UNESCO», 1961. Gamier B. J. Maps of the water balance in West Africa.— «Bull. Inst. Franc. Afrique Noire», 1960, ser. A, vol. 22, N 3. Gilson H. C. Lake Titicaca.— «Verhandl. Internat. Verein theoret. und Angew. limnol», 1964, N 1.
Green К. D. Availibility of hydrologic data in Victoria.— «The J. of the Inst, of Engineers, Australia», 1954, vol. 26, N 9. Greenman D. W., Swarzenski W. V., Bennet G. D. Ground water hydrology of Punjab, West Pakistan, with emphasis on problems caused by canal irrigation. Washington, 1967. Grimm F. Das Abflussverhalten in Europa. Typen und regionale Gliederung. Leipzig, 1967. Gulati D. V. Surface waters resources of India.— «Bhagirath». New Delhi. 1970, vol. 17, N 2. Haak R. Neue Forschungen in P a r a g u a y und am Rio Parana. Die Flussgebiete Monday und Acaray.— «Erde», 1962, H. 1. Halbfass W. Der Jahreswasserhaushait der Erde.— «Zeitscr. der Gesellsch. fur Erdkunde», 1922, N 1—2. Hariri D. Hydrographic Service, Iran Ministry of Water and Power.— «U. N. Publication Water Resources Series», 1964, N 27. Haude W. Die naturgegebene Wasserspende an Agypten und den Nil.— «Erde», 1961, J g . 92, H. 1. Henning /. H w a n g Ho und Yangtze Kiang.— «Freiburger Geographische Hefte», 1968, H. 6. Heras R. Donnees pour l'etude du bilan hydrique en Espagne.— «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, vol. II, Publ. N 93. Herrmann R. Vertically differentiated water balance in tropical high mountains-with special reference to the Sierra Nevada de Santa Marta, Colombia.—• «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, vol. II, Publication N 93. Hill R. A. Inflow to Lake Titicaca.—«J. of Geoph. Res.», 1959, N 7. Holeman Y. N. The sediment yield of m a j o r rivers of the world.— «Water Resources Research», 1968, vol. 4, N 4. «Hydrological atlas of Canada, Preliminary Maps, 1965—1974, IHD, Dep. of Energy, Mines and Resources». Ottawa, 1969. «Hydrologic data on Central Great Plains Experimental Watershed Hastings». Nebraska, 1938—1940. U. S. Dep. of Agric. Hydrologic. Bull., 1942, N 9 3 . «Hydrologic data, Mecong River Basin, Cambodja». Washington, 1960. «Hydrologic data, Mecong River Basin, Cambodja». Washington, 1961. «Hydrologic data, Mecong River Basin, Thailand, 1960». Washington, 1961. «Hydrologic data, Mecong River Basin, Vietnam». Washington, 1961. «Hydrologic Summary (for Burma)». Rangoon, 1956, 1957, 1964. «Hydrological Year-Book of Israel, 1957/58 with long years summaries, Ministry of Agriculture, Water Authority Hydrological Service». Jerusalem, 1960. «Hydrologie Marocaine, periode 1925—1951». Rabat, 1952. «Hydrometeorological survey of the catchments of lakes Victoria, Kyoga and Albert». Entebbe, 1968. Hurst H. E., Phillips P. The Nile Bassin. Cairo, 1931—1953, vol. 1—9. «Influence of vegetation and watershed treatment on runoff, silting and streamflow. A. Progress Report of Research, U. S. Dept». Agric. Misc. Publ., 1940, N 397. Jarvis C. S. River discharge in Brasil, South America. «National Research Council American Geophysical Union Transactions of 1944». Washington, 1945, part 6, vol. 25. Jimenez O. N., Ferro B. F. Hidrologia. Habana, 1968. Kalinin G. P., Szesztdy K. Surface waters as elements of the world water balance.— «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, vol. 1, publ. N 92. Kalweit H. Der Wasserhaushalt. Berlin, 1953. Kalweit H. Der Enfluss der Steigerung des Land und fortwirtschaftliche Hekarertrages auf den Wasserhaushalt.— «Wasser und Boden», 1955, N 3. Karst J. Note sommaire sur les caracteristiques hydrologiques des oueds de la zone Nord.— «Notes Marocaines», 1957, N 9—10. «Kart over gjennomsnittlig avlop og vannmerker i nord-norge, sor-norge, utarbeidet ved hydrologisk avdeling», 1956.
Kazi S. A Water supply in the Indus basin and allied problems.— «Pakistan Geogr. Review». Lahore, 1958, vol. 13, N 1. Kazmi A. H. The water supply of Baluchistan.—«Records of the Geolog. Survey of Pakistan». Karachi, 1951, vol. Ill, p. 1. Keller H. Niederschlag Abfluss and Verdunstung in Mitteleuropa.— «Jahrbuch fiir die Gewasserkunde Norddeutschlands», 1906, Bd. 1, N 4. Keller R. Die Regime der Fliisse der Erde.— «Freiburges Geographische Hefte», 1968, H. 6. Keller R. Water balance in the Federal Republic of Germany.— «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, vol. II, publ. N 93. Kenworthy / . Rainfall and the water resources of East Africa.— «Geographers and the Tropics». Liverpool, 1964. Kern H. Niederschlags-, Verdunstungs- und Abflusskarten von Bauern — «Veroffentl. aus d. Arbeitsbereich d. Beern Landesstelle f. Gewasserkde». Mtinchen, 1954. Kessler A. Dber Klima und Wasserhaushalt des Altiplano (Bolivien, Peru).—«Erdkunde», 1963, H. 3/4. Kessler A., Monhein F. El balance hidrologico del lago Titicaca.—«Bol. de la Soc. geogr. de Lima», 1966. t. 85, agosto-diciembre. Khosla A. N. Appraisal of water resources: analysis and utilization of data.— «Proceedings of the U. N. Scientific Conference on the Conservation and Utilization of Resources». New York, 1951, vol. IV. Khosla A. N. Rainfall-runoff.— «Covernment of India, Central Water a n d Power Commission, Ministry of Irrigation and Power». Delhi, 1960. Khushalani К. B. Water supply in desert parts of R a j a s t h a n . — « I n d i a n Journal of Power and River Valley Development». Calcutta, 1955, vol. V, N 8. Kohler M. A., Nordensen T. JBaker D. R. Evaporation maps for the United States. U. S. Weather Bureau. Washington, 1959. Kossinna E. Die Tiefen des Weltmeeres. Berlin, 1921. Kresser W. Osterreichs Wasserbilanz.— «Osterreichische Wasserwirtschaft»,. 1965, N 9—10. Kudelin В. /., Zektser /. S., Popov О. V. The role of underground flow in the water balance of the USSR.— «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, vol. I, publication 92. Kuenen P. H. Marine Geology. New York, 1950. Kumra P. N., Rao K. R. Control of G h a g g a r floods.— «Bhagirath». New Delhi, 1967. Laffitte R. A propos des resources hydrauliques du Sahara.— «Travau d e 1'Inst. de rech. sahariennes», 1961, t. 20, N 1—2. Lambor I. P o d s t a w y i zasady. Warszawa, 1965. Landsberg H. #., Fischman L. L., Fisher J. L, Resources in America'sfuture, Patterns of Requirements and Availabilities 1960—2000. Baltimore, 1963. Langbein W. B. Hydrological networks and methods of extrapolating or extending available hydrologic data.— «U. N., Hydrologic Networks and Methods», Flood Control Series, WMO. Bangkok, 1960, N 15. Langbein W. B. et al. Annual runoff in the United States.— «U. S. G e o l Survey Circular», 1949, N 52. Lanney C. R. Systems de classification applicables aux resources hydrauliques de l'Afrique.— «Inter-african conference en hydrology». Nairobi, 1961. «La obtencion у el uso de la informacion sobre los recursos hidraulicos en America Latina».— «Comision economica para America Latina». S. Yago r 1970. Laszloffy W. Die Hydrographie der Donau (Der Fluss als Lebensraun)-, Forshungsanstalt fiir Wasserwirtschaft. Budapest, 1965. Ledger D. C. Aspects of Nigerian hydrology.—«Nigerian Geogr. J.», 1959,. vol. 3, N 1. Ledger D. C. Some hydrological characteristics of West African rivers.— «Publ. Inst. Brit. Geogr.», 1964, N 35. «Le probleme de l'eau en Afrique occidentale».— «Revue Intern, de Botara Appl. et d'Agricult. Trop.», 1950, N 333—334.
«Les principales lacunes des donees hvdrologiques relatives a l'Afrique». ONU. Geneve, 1966. Linsley R. R. The relation between rainfall and runoff.— «Journ. of Hydrol.», 1967, vol. 4, N 4. Linton D. L. River flow in Great Britain 1955—1956 —«Nature», 1959, March. «Los recursos hidraulicos de America Latina», II. Venezuela. N. Un. New York, 1962; III, Bolivia у Colombia, N. Un. New York, 1964. «Los recursos naturales en America Latina, su conocimiento actual e investigaciones necesarias en este campo». II, el Agua. Comision economica para America Latina. Mar de la Plata. 1963. «Lower Mecong River basin, discharge data prior to 1960». Washington, 1960. Ludin A., Thoma E. Die Wasserwirtschaft in Afrika.— «Afrika. Handbuch der practischen Kolonialwissenschaften», 1943, Bd. XIV, B. Liitschg O. Uber Niederschlag und Abfluss im Hochgebirge. Zurich, 1926. Lvovitch M. I. Hydrology and utilization of water power.— «Paper presented to International Geographical Seminar in Aligarh, India». Moscow, 1955. Lvovitch M. I. Les Facteurs Phisico-Geographiques dans L'ecoulement Fluvial.— «Essais de Geographie». Moscou — Leningrad, 1956. L'vovich M. I. Stream-flow formation factors.— «Assamblee Generale de Toronto 3—4 Septembre, 1957», AIHS, Gentbrugge, 1958, Tome III, Publ. N 45. L'vovich M. I. Complex utilization and protection of water resources.— «Soviet Geography». New York, 1962-a, vol. I l l , N 10. L'vovich M. I. The water balance and its zonal characteristics.— «Soviet Geography». New York, 1962-6, vol. I l l , N 10. L'vovich M. I. Le bilan hydrique du globe terrestre.— «Annales de geographie», 1968. L'vovich M. I. Scientific principles of the complex utilization and conservation of water resources.— «Soviet Geography: Review and Translation», 1969, March. Lvovitch M. I. World water balance (General Report).— «Symposium on World Water Balance», IASH — U N E S C O , 1970, vol. II, N 93. Lvovitch M. I. The water balance of the continents of the world and the method of studying it. Acad, of Sc. of the USSR, Inst, of Geography, Soviet Geophysical Committee. Moscow, 1971. L'vovich M. I. World water resources to-day and tomorrow. Moscow, 1973-a. Lvovitch M. I. The Global Water Balance. National Acad, of Sciences. US IHD Bull., 1973-6, N 23. L'vovich M. I. The water balance of the World's Continents and Balance Estimate of the World's Freshwater Resources.— «Soviet Geography: Review a n d Transl.». Amer. Geogr. Soc., March, 1973-b. L'vovich M. I., Bass S. V., Grin A. M.., Dreyer N. N. and Kupriyanov& Ye. I. The water balance of the USSR and its prospects of transformation.— «Soviet Geography». New York, 1962, vol. I l l , N 10. Lvovitch M. I. and Tsigelnaia I. D. The control of the Water Balance of the closed Lakes in the Future.— «Intern. Assoc. of Hydrologic Sciences». Publ. 109, 1973. Simpos. Hydrology of Lakes 1973. Helsinki. Maksoud H. О estado actual des conocemientos sobre os recursos de agua d o Nordeste.— «Rev. brasil. geogr.», 1963, N 1. Manabe S. and Holloway L. Simulation of the hydrologic cycle of the global atmospheric circulation by a mathematical model.— «Symposium on World Water Balance», IASH-UNESCO, 1971, vol. II, Publ. N 93. «Man-made lakes as modified ecosystems, Scope Report 2, Intern. Council of Scientific Unions». Paris, 1972. Marcinec I. Abfluss von den Landflachen der Erde und seine Verteilung auf 5° Zonen.— «Mitteilung. des Inst, fiir Wasserwirtschaft», Verlag fur Bauwessen. Berlin, 1964, H. 21, Veb. 16. Marcinec I. Der Abfluss von der Landflachen der Erde.— «Wissenschaft-
liche Zeitschrift der Humboldt-Universitat zu Berlin», Matemat.-Natur. Reiche, 1966, Jahrg. XV, H. 3. Meinardus W. Eine neue Niderschlagskarte der Erde.— «Petermanns Mitteilungen», 1934, N 1—2. Meyer A. Elements of hydrology, 1919. Mikulski Z. Zarys hydrografii Polski. Warszawa, 1965. Miller D. W., Geraghty J. J., Collins R. S. Water atlas of the United States, Water Information on Center. Washington — New York, 1963. «Monografia geografica a Republicii Populare Romine, vol. I, Geografica, fizica». Bucuresti, 1960. «Mountains and rivers of India». Calcutta, 1968. Mukeli R. Elemente te hidrologjis se shgipёпsё. Tirane, 1960. «Multiple-purpose river basin development».— «Flood Control Series». Bangkok, 1956, N 11; 1959, N 14; 1961, N 18. Murray Y. On the total annual rainfall of the land globe.— «Scott. Geogr. Mag.», 1887, vol. 3. Nace R. L. Water of the world.—«Natural History», 1964, vol. LXXIII, N 1. Nace R. L. Water of the world. «U. S. Depart, of the Interior. Geological Survey», 1968, July. Newell F. H. Results of streams measurements.— «XIV Annual Report of the U. S. Geological Survey», 1892—1893. «National Atlas of the U. S. of America». Washington, 1970. Nieuwolt S. Evaporation and water balances in Malaya.— «The Journal of Tropical Geography». Singapore, 1965, vol. 20. Oltman R. E. Reconnaissance investigations of the discharge and water quality of the Amazon.— «Atlas do Simposio a Biota Amazonica». Rio de Janeiro, 1967, vol. 3. (Limnologia). Oltman R. E., Sternberg H. et al. Amazon River investigations. Reconnaissence measurements of July 1962.— «Geolog. Survey Circular», 1963, N 486. O'Reilly, Sternberg H., Parde M. Informations d'origine recente sur les debits monstrueux de l'Amazone.— «Actes 89 Congres des Soc. savant. Sec. geogr. Lyon, 1964». Paris, 1965. Orvig S. The hydrological cycle of Greenland and Antarctica.— «Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, vol. I, Publication N 92. Parde M. Le regime du Rhone, t. I, II. Lyon, 1925. Parde M. Les variations saisonneres de l'Amazone.— «Annales de Geographic», 1936, XLV. Parde M. Sur le regime des cours d'eau argentins, uruguayens, paraguayens, surbresiliens.— «Estud. geogr.», 1952, N 49. Parde M. Sur les variations saisonneres des cours d'eau bresiliens.— «Houille Blanche», 1954, N. 6. Parde M. Fleuves et Riviers. Paris, 1955, 3e ed. Parde M. L'Hydrologie bresilienne. Grenoble, 1956. Parde M. La puissance des crues dans 1'Afrique Noire et dans d'outre regions intertropicale.— «Academie Royale des Scienc. Col. Bull. Seances, 1958, vol. 4, N 4. Parde M. Sur la puissance des crues en diverses parties du monde.— «Geographica». Zaragoza, 1961, Ano VIII (Ntimero Monografico). Parde M. Crues remarquables de rivieres sud-bresiliennes et uruguayennes.— «Rev. geogr. des Pyrenees et du Sud-Ouest», 1962, vol. 33. Parde M. Crues remarquables de la Peninsule iberique.— «Rev. geogr.». Lyon, 1964, 39, N 3. Paris-Teynac E. Y. Contribution a la connaissance du fleuwe Senegal.— «Bull. Inst. Franc. Afrique Noire», 1962, A. 24, N 1. Paris-Teynac E. Y. Contribution a la connaissance des fleuves d'Afrique tropicale et en particulier du Nil.— «Bull, de l'lnstitut Fran^ais d'Afrique Noire», 1963, A. 25, N 1.
Penk A. Untersuchungen iiber V e r d u n s t u n g und Abfluss von erossen & Landflachen — «Geogr. Abchandlugen». Vien, 1896, Bd. 5, N 5. Pereira H. C. Land-use hydrology in Africa — « I n t e r - A f r i c a n Conference on Hydrology». Nairobi, 1961. Perrin P. Caracteristique generates des rivieres venezueliennes —«Revue de geogr. Alpine», 1969, N 2. Pfaff A. Les resources hydroelectriques de l'Amerique central.—«La Houille Blanche», 1956, N 5. Pimental G. Agua no Nordeste.—«Rev. brasil de geogr.», I960, N 3 Popov E. G. Continental precipitation and evaporation. A review of problems related to hydrological cycle and water balance studies.—«Symposium on World Water Balance», IASH, 1970, Pub!. N 92. Queiroz N. J. P., Christofoletti A. Acao do escoamento superficial das a g u a s pluviais na Serra de S a n t a n a . — « B o l . paulista geogr.», 1968, N 45. Rae R. W. Climate of the C a n a d i a n Arctic archipelago. Toronto, 1951. «Recursos hidraulicos superficiales. Serie.-Evaluacion de los recursos naturales de la Argentina». Buenos Aires, 1961. «Registro fluviometrico 1940—1954». Caracas, 1956. Reichel E. Der Z u s a m m e n h a n d zwischen Niederschlag, Temperatur und V e r d u n s t u n g in den Alpen — «La Meteorologie. Numero special consacre a la Meteorologie Alpine». Paris, 1957. Roberts D. Notes on the relationship between rainfall and r u n o f f — « S u d . Afric. Mining and Eng. J.», 1953, vol. 63, p. 2, N 3125. Roche M. E t a t actuel des etudes d'evaporation en Afrique Noire Fran<jaise. Paris, 1958. Roche M. Hydrologie de surface. Paris, 1963. Rochefort M. Rapports entre la pluviosite et I'ecoulement d a n s le Bresil subtropical atlantique. Paris, 1958. Rodier J. Quelques donnees sur Tecoulement dans les forets equatoriales. IHS. Genbr, 1959, Publ. N 48. Rodier J. Principles applicable to the establishment of an hydrologic observation network in a tropical or equatorial region.— «Flood Control. Ser. U. N.», 1960, N 15. Rodier J. Some hydrologic investigations in Africa.— «Trans. AGU», 1961, vol. 42, N 4. Rodier J. Regimes hydrologiques de l'Afrique Noire a l'ouest du Congo. Paris, 1964. Rodier J., Roche M. Deficit d'ecoulement anuel en pays tropicaux.— «Journees de 1'hydraulique», 3-es, Alger, 1954, Gren., 1954. Rolaux A. Essai de determination du bilan hydraulique d'un oued de tipe saharien — L'Oued D r a a — «Colloque Intern, du Centre Nat. de la recherch. scientif. Alger, 1951». Paris, 1953. Rudolf W. E. The Rio Loa of Northen Chile — « T h e Geographical Review», 1927, October. Schirmer. Der W a s s e r h a u s h a l t als G r u n d l a g e der landwirtschaftlichen E r z e u g u n g . — «Das Wasser», 1948, 1/6, N 2. Schreiber P. Ober die Beziechungen zwischen dem Niederschlag und der W a s s e r f t i h r u n g der Fliisse in Mitteleuropa — « M e t e o r . Z.», 1904. Schumm S. A. The disparity between present rates of denudation and o r o g e n y . — « U . S. Geol. Surv. Profess. Paper». Washington, D. C., 1963, N 454—H. «Sedimentation and Erosion Sub-task Force». Report on the Potomac, Soil Concervation Service, U. S. Department of Agriculture, Hyattsville. Maryland, 1967. Serra A. Cliir.a da America do Sul — «Revista geogr.», 1963, N 59. Shnitnikov A. V. Development of the water resources as a function of the n a t u r a l rhythmical phenomena — « S y m p o s i u m on World Water Balance», IASH, 1970, vol. II, Publ. N 93. Shumskiy P. A., Krenke A. N.. Zotikov I. A. Ice and its changes.—«Research in Geophysics». Cambridge, 1964, vol. 2.
Sibte Nabi Nagvi, Khan W. U. Hydrometeorological network in Pakistan for purposes of water resources development and flood control.— «Hydrologic Networks and Methods», Flood Control Series U. N. WMO. Bangkok, 1960, N 15. Sibte Nabi Nagvi. The meteorological problems of the deltaic flood plains of East Pakistan.— «Scientific Problems of the Humid Tropical Zone Deltas and their Implications», UNESCO. Paris, 1966. Sitnoes Bezerra dos Santos R. Aspectos de la hidrografia brasileira.— «Rev. bras, de geogr.», 1962, N 3. Simoes Mattos A. Os regimes dos rios brasileiros.— «Rev. brasil. geogr.», 1957, N 2. Slivitsky S. Monographie hydrologique du bassin superieur de la riviere du Da Nhim (Vietnam). Paris, 1951. Smith C. G. Water resources and irrigation development in the Middle East.— «Geography». London, 1970, vol. 55, pt. 4, N 249. Smith D. D. Investigation in erosion, control and reclamation of eroded Shelby and related soils at the Conservation Experiment Station Bethany.— «U. S. Dep. Agr., Techn. Bulletin», 1943, N 885. Snel M. J. Importance de I'infiltration dans le bilan hydrologique d'une region equartoriale (le bassin du Congo).— «Technique de l'eau», 1962, 16, N 183. «Sympozion international en tema «Precipitatile atmosf. la element al bilantului apei methode de masurare si determinare». Bucuresti, 1966. «Soi! and water conservation investigations».— «Progress report, 1931— 1935. Station Pullman». Wash., U. S. Dep. of Agric., 1937. Sokoiov A. A. Principal of modern hydrology.— «Simpos. on World Water Balance», IASH, 1970, Publ. N 92. Soldano F. A. Regimen у aprovechamiento de la red fluvial de Argentina. Buenos Aires, 1947. Solomon S. Relationship between precipitation, evaporation and runoff in tropical-equatorial region.— «Water Resour. Res.», 1967, vol. 3, N 1. Spillman W. G. Der naturliche Wasserhaushalt im obern Aargebiet.— «Wasserkraft und Wasserwirtschaft», 1936, Jahr. 31, N 17—23. «Standart Observational Data from IHD stations from earliest available data to September, 1969».— «Ministry of Water and Power». Iran, Teheran, 1971, February. Subbaramaiah I, Rao N., Patnaik I. K. Indian rainfall and water budget and management.— «Journal of the Institution of Engineers (India), Civil Eng. Division». Calcutta, 1968, N 9. «Surface Water Resources». Atlas of Australian Resources (second series). Canberra, 1967. «Surface Water supplv of Canada». Water resources paper. Ottawa, 1948— 1963, paper N 108—147. «Surface water supply of the United States. Department of the Interior». Washington, 1935—1960, pt. 1—14. Sverdrup H., Petersen H., Loewe F. Klima des Kanadischen Archipel. und Gronlands. 1935, Bd. II, Teil K. Szesztay K. On rational utilization of water resources.— «International confer, on the resources of biosphere». UNESCO, 1968. Szesztay K. The hydrosphere and the human environment.— «Paper presented IASH Symposium». Wellington, 1970. Tair T. J. D. Vital waters of the Vaal.— «The geogr. magazine», 1968, vol. 40, N 9. Taltasse P., Stretta E. Os problernas hidrologicos do poligono das secas.— «Boletim de la Sociedad brasil. de geol.», 1959, N I. Tames C. Considerations on water balance in dry climates and different types of soil.— «Plant-water relationships in arid and semi-arid conditions». Proc. of the Madrid Symp, UNESCO, 1962. «The National Atlas of the United States of America». Washington, 1970.
«The Nations Water Resources».—«The first N a t i o n * ' A s s e s s m e n t of the Water Resources Council». Washington, 1968. of Therianos A. P., Asce M. Hydroelectric p o t e n t i a l Greece —«Water Power», 1967, February. ют* Thornthwaite C, W. Instructions and Tables f o r p u t i n g potential evapotranspiration and water balance. Centerton, 1957. lOgyw Thornthwaite C. W. Associates Laboratory of ClimLat^i. • Average climatic water balance data of the continents. Part II. Af Centerton, 1963, vol. 16, N 1. /-«fcv, Thornthwaite C. W„ Mather Y. R. The water b a l a n c e ' ^ ^ u b l . in Climatology». Centerton, 1955. /< Tison L. Y. Variations des niveaux du lac T a n g a n i k z a y n i o n Ceod. Ceophys. IAHS, Assembly gener. d'Oslo». Louv., 1949, t. 1. aix^ Tixeront J. Les resources en eau dans les r e g i o n " ides.—«Ann. des points at chaussees», 1956, vol. 126, N 3. ,nd. Toebes C. The surface water resources of New Z - е а Г Paper presented XII N. Z. Science Congress. Palmerston North, 1972. pfgie^ Tondury G. A. Wasser in Marokko.— «Wasser und E r f ^ w i r t s c h a f t » , 1963, Yg. 55, N 1 - 3 . лот» , B Torres F„ Margarines E., Mortera A. Atlas p l u " ^trico do Brasil (1914—1938). Rio de Janeiro, 1948. la Tossini L. Sistema hidrogafico у suenca del Rio de P l a t a . - «Annales de la Soc. cient. Argentina», 1959, N 3—4. tin-c^ Tryselius 0. Run-off map of Sweden average a n n u s 1 ^ f f for the period 1931—1960. Stockholm, 1971. Tuszko A. Swiat bez wody? Warszawa, 1972. |t r 4 Ubell K. Les ressources en eau de l ' l r a k . — « N a t u r e ' essources». Paris, 1972, vol. VII, N 2. Ujvari J. Hidrografia R. P. R. Bucuresti, 1959. j s Ujvari J. Dunarea caracteristici hidrologice.—«Na i u / e r . geogr, geol. Bucuresti, 1965, vol. 17, N 2. Ujvari J. Geografia apelor Romaniei. Bucuresti, 1972. z White H. P., Presco Т. T. The lower middle N i g e r . - ^ N i g e r i a n geo»raph, J.», 1959, vol. 3, N 1. . A Wicht C. L. Forest hydrology research in the S o u t V A f r i c a n Republic.— «Intern. Symp. on forest hydrol., 1965». Oxford, 1967.
Wilgat Т., Wojciechowski К. Rio Aconcagua.— «Document, geogr., z. 4/5». Warszawa, 1971. Wilhelmy #., Rohmeder W. Die la Plata-Lander. Argentina, P a r a g u a y , Uruguay, 1963. Wundt W. Beziehungen zwischen Mittelwerten von Niederschlag, Abfluss, Verdunstung und Lufttemperatur fiir die Landflache der Erde.— «Deutsche Wasserwirtschaft», 1937, H. 5. Wundt W. Pflanzenbegeikung und Wasserkreislauf.— «Der Kulturtechniker», 1939, N 7/8. Wundt W. Hoch, Mittel und Niedrigwasser Abfluss in der Bundes Republik Deutschland.— «Geographische Rundschau», 1960, N 2. Wundt W. Grundwasser und Wasserwirtschaft in Africa siidlich der S a h a r a . — « C a s — u n d Wasserfach», 1961, Yg. 102, H. 48. Wiist G. Die Verdunstung auf dem Meere. Berlin, 1920. Wiist G. Verdunstung und Niederschlag auf der Erde.— «Zeitschr. der Gesellsch. fiir Erdkunde», 1922, N 1—2. Wiist G. Oberflachensalzgehalt, Verdunstung und Niederschlag auf den Weltmeere.—«Landerkundliche Forschung, Festschrift f. N. Krebs», 1936. Zdilar A. Statistique des consommations d'eau dans le Monde. I parte— L'Afrique.— «L'Eau», 1962, an. 49, N 9.
ОГЛАВЛЕНИЕ От автора
3
Введение
5 ЧАСТЬ I МИРОВОЙ ВОДНЫЙ БАЛАНС
Глава I. Гидросфера
19
Глава II. Круговорот воды Общие черты круговорота Атмосферное звено Океаническое звено Литогенное звено Почвенное звено Речное звено Озерное звено Биологическое звено Хозяйственное звено
31 — 33 35 36 42 50 54 55 61
Глава III. Водный баланс Земли Развитие представлений о водном балансе Земли Мировой водный баланс Активность водообмена
.
.
.
« ,
.
.
63 — 66 71
ЧАСТЬ II МИРОВЫЕ РЕСУРСЫ ПРЕСНЫХ ВОД Глава IV. Метод изучения водного баланса и балансовой оценки водных ресурсов Система уравнений водного баланса Определение подземного стока Гидрологическая изученность мира Структурные и высотные интерполяционные зависимости . . Гидрологическое картографирование Пути дальнейших исследований водного баланса суши . . .
73 — 79 83 91 109 114
Глава V. Водный баланс суши и его закономерности Речной сток и его подземная составляющая Экваториальный пояс Тропический пояс Субтропический пояс Умеренный пояс Субарктический пояс Поверхностный (паводочный) сток Увлажнение территории и испарение Особенности водного баланса горных районов Структурные зональные закономерности водного баланса Водный баланс материков , , .
120 121 — 125 141 145 150 151 155 162 182 213
.
.
. .
. .
Глава VI. Элементы режима рек земного шара Типы водного режима Твердый и ионный сток
216 217 232
Глава VII. Мировые ресурсы пресных вод Общие сведения Водные ресурсы стран мира Водные ресурсы Советского Союза
.
258 — 263 281
ЧАСТЬ III В О Д Н Ы Е РЕСУРСЫ БУДУЩЕГО Глава VIII. Общие и теоретические вопросы использования и охраны водных ресурсов Вопросы методологии перспективных прогнозов . . . . Основные направления решения водной проблемы . . . . Водный компонент среды, окружающей людей Пути борьбы с качественным истощением водных ресурсов . Некоторые вопросы экономики Основные положения развития принципов использования и охраны водных ресурсов Глава IX. Современное состояние и будущее хозяйственного •круговорота воды Вопросы водоснабжения Орошение Расход воды на неорошаемое земледелие Гидроэнергетика и судоходство Рыбное хозяйство Использование водных ресурсов для отдыха и туризма . Варианты перспективных прогнозов
284 — 289 299 307 316 318
звена
.
.
321 — 336 341 347 350 351 353
Г л а в а X. Пути управления круговоротом воды Возможные направления преобразований Преобразование режима рек водохранилищами Подземные водохранилища Транспортирование воды . . . . Преобразование местного водного баланса Преобразования водного баланса речных бассейнов воздействием на почву Водные ресурсы и ритмы увлажненности Прогноз мирового водного баланса на перспективу . . . .
361 — 365 371 374 378
Г л а в а XI (заключительная). Мировые водные ресурсы в 2000 г.
401
.Литература
.
.
387 395 396
421
