Задачи гидрологии в деле рационального использования и охраны водных ресурсов

Важность решения гидрологических задач можно демонстрировать на следующем примере.

В бассейне Азовского моря, основными речными системами являются Дон и Кубань, изъятие воды составляет примерно треть от среднего многолетнего стока. Площадь орошения на Дону достигли 1.2 млн.га, а на Кубани 700 тыс.га, из которых 200 тыс. здесь занимают рисовые севообороты. Регулирование стока Цимлянским водохранилищем в интересах энергетики и водного транспорта привело к практическому прекращению половодий и иссушению пойменных земель на Нижнем Дону, подорвало естественное воспроизводство рыбного стада Азовского моря. Аналогичная ситуация сложилась и в бассейне р. Кубани. Все это требует оценки реакции региональных экосистем на изменения естественного водного режима реки.

На современном этапе развития к числу важнейших задач гидрологии в области водоустройства страны следует отнести следующие.

1. Восстановление и модернизация сети наблюдательных станций, обеспечивающих получение информации о режиме вод, в первую очередь - в створах, где наблюдения велись длительное время.

2. пересмотра современных представлений о параметрах стока в масштабах всей гидрографической сети.

3. Оценка изменения гидрологических условий в результате антропогенных воздействий на режим и качество природных вод.

4. Разработка методики определения допустимых воздействий на режим основных речных бассейнов страны.

5. Обоснование стратегии охраны качества природных вод.

6. Обобщение данных о гидрофизическом режиме водных объектов, который претерпел изменения под влиянием хозяйственной деятельности.

7. Составление обосновывающих материалов по составу первоочередных объектов и мероприятий, имеющих своей целью водообеспечение страны, предупреждение вредного воздействия вод и охраны их от загрязнения и истощения.

Отметим значение гидрологии для обороны и проведения военных действий.

На суше водные объекты являются естественными рубежами. При проведении военных операций необходимо знание глубин и режима рек для строительства мостов, организации переправ; в зимний период, когда большинство наших рек покрывается ледяным покровом знание его толщины и прочности приобретает исключительное значение при форсировании рек. Оборона и проведение военных операций на море требуют хороших знаний глубин, режима течений, волнений, колебаний уровней, прозрачности и плотности морской воды.

Водные ресурсы и водный баланс земного шара и страны. В земном шаре непрерывно происходит обмен влагой между гидро-, атмо -, и литосферой, состоящий: из испарения, переноса водяного пара и его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и образования стока. Это называется влагооборот земного шара.

Различают несколько видов влагооборота в природе (рис. 1)

1. Большой (или мировой) влагооборот водяного пара, испарившийся с поверхности океанов, переносится ветрами на материки, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан со стоком.

2. Малый (или океанический) влагооборот - водяной пар, испарившийся с поверхности океанов, выпадает в виде атмосферных осадков в океан.

3. Внутриконтинентальный влагооборот - вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Под влиянием солнечной радиации с поверхности океанов, морей, рек, озер и других водоемов, с поверхности ледников, снежного покрова и льда, почвы и растительности ежегодно в среднем испаряются огромные массы воды - 577 тыс. км³.

Основным источником поступления воды в атмосферу является испарение с поверхности океанов и морей и составляют 505 тыс. км³. Остальные 72 тыс. км³ в атмосферу поступают с суши. Большая часть этой влаги в размере 458 тыс. км³, выпадает в виде атмосферных осадков непосредственно на поверхность океанов и морей. Меньшая часть этой влаги - 47 тыс. км³, переносится воздушными потоками на континенты и острова и затрачивается на формирование рек, озер, болот, ледников и грунтовых вод и создает условия для существования и развития природной среды и деятельности человека.

Рис. 1.1. Схема круговорота воды в природе. I — осадки, 2 — водопроницаемые породы, 3 — слабопроницаемые породы, 4 — непроницаемые породы, 5 — источник, 6 — направление движения воды и водяных паров,

Такой же объем воды (47 тыс. км³) ежегодно возвращается в океан с поверхностными (45 тыс. км³) и грунтовыми (2 тыс. км³) водами.

Соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранное время для рассматриваемого объекта называют водным балансом.

Для составления водного баланса земного шара принимаем следующие обозначения:

Еo, Еc, Еб - соответственно испарение в среднем за год с поверхности Мирового океана, периферийных областей суши и бессточных областей суши; Ез- испарение с поверхности земного шара.

Хо, Хс,. Хб, Хк - соответственно среднюю годовую сумму атмосферных осадков, выпадающих на поверхность океана, периферийных и бессточных областей и на континент; Хз- годовую сумму осадков для всего Земного шара; Ус - средний суммарный годовой сток с суши; U, У E - соответственно суммарное испарение, речной сток и подземные воды континента.

При принятых обозначениях водный баланс земного шара примет следующий вид:

для малого круговорота влаги в пределах океана
Eo = Xo + Ус	(1)
для большого круговорота влаги
Ес + Ус =Хс	(2)
для бессточных областей
Еб = Хб	(3)
для континента
Х = У + U + E	(4)

Следует отметить, что суммарные осадки на континент (Х) - включают в себя осадки, выпадающие за счет влаги, принесенной с океана и сопредельных территорий, осадки, образующиеся за счет местного испарения и конденсация влаги.

Очевидно, что для всего земного шара в целом справедливо равенство

Ез =Ео + Ес + Еб = Хо + Хс + Хб	(5)
или
Ез =Хз	(6)

Таким образом, количество воды, испаряющейся с поверхности океанов, морей и суши, равно количеству осадков, выпадающих на эти поверхности.

Ресурсы речного стока Российской Федерации составляют:

1) Формирующиеся в пределах РФ - 4021 км³/год,

2) Поступающие из сопредельных районов - 220,8 км³/год,

3) Суммарные - 4242 км³/год.

Отметим, что большая часть речного стока (80%) формируется в малонаселенных северных и северо-восточных районах страны и поступает в основном в бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. Так например, ресурсы речного стокаСибири и Дальнего Востока, с учетом поступающих из сопредельных районов, составляют 3443 км³/год.

Речная система, речной бассейн и их характеристики.

Водосбор реки, и вся толща почво-грунтов, с которой вода поступает в реку, называется речнымбассейном. Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называется речной системой. Бассейн реки состоит из поверхностного и подземного водосборов. Участок земной поверхности, с которого стекают воды в отдельную реку или в речную систему, представляет поверхностный водосбор. Подземный водосбор - толща грунтов, из которой вода поступает в реки, озер и водохранилища. Следовательно, различают поверхностный и подземный (грунтовый. почвенный) сток. Границы подземного водосбора определить трудно. Граница поверхностного водосбора фиксируется достаточно точно водораздельной линией по карте с горизонталями. Водораздельная линия речного бассейна представляет замкнутый контур, определяющий смежные водосборы. На практике за площадь бассейна реки принимается площадь поверхностного водосбора.

Каждая река и ее бассейн могут быть охарактеризованы количественными показателями - гидрографическими характеристиками. К ним относятся длина реки и ее притоков, строение гидрографической сети, ее густота, площадь водосбора, уклоны реки и водосбора, их высотное положение и др.

Длина реки - это расстояние в километрах от устья до истока. Для ее определения пользуются крупномасштабными картами.

Бассейны рек нередко отличаются асимметрией, что имеет большое значение для формирования водного режима рек. Характеристикой асимметрии бассейна служит коэффициент асимметрии Ка, определяемый по формуле

(7)