1. Водные ресурсы россии

Экономические, санитарно-гигиенические функции водных ресурсов. Водные ресурсы – это воды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле. Они находятся в естественных водотоках и водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водотоках и водоемах (водохранилищах, каналах и пр.).

Как правило, под водными ресурсами понимают пригодные для использования массы водоемов и водотоков, а также подземных скоплений влаги, вода (льды) горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы.

Вода – одно из самых распространенных на Земле и необычных по своим свойствам химических соединений. Без воды невозможно существование самой жизни. Вода – носитель механической и тепловой энергии играет важнейшую роль в обмене веществом и энергией между геосферами и географическими районами Земли.

Вода выступает как предмет труда, орудие труда и отдыха, фактор развития и размещения производственных сил.

Вода используется человеком как непосредственно (для питья, полива, охлаждения, в химических процессах, как теплоноситель и т.п.), так и косвенно - как резервуар для отходов и средство их транспорта из зон производства и жизни населения.

Водные ресурсы используют в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. Различают два вида использования водных ресурсов: водопользование и водо- (влаго) потребление.

При водопользовании вода не изымается из водоемов и не расходуется, а лишь потребляется для выполнения определенных функций. Это - гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, лесосплав, рекреационные цели и др. При водопотреблении вода забирается из водных объектов, при этом часть ее теряется безвозвратно, часть расходуется промышленностью, сельским хозяйством и на коммунальные нужды.

Распределение воды на Земле. Хотя общие запасы воды в мире неизменны, постоянно происходит ее перераспределение, и, таким образом, она является возобновимым ресурсом.

Рекомендуемые материалы

Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации, которая стимулирует испарение воды. При этом осаждаются растворенные в ней минеральные вещества. Водяной пар поднимается в атмосферу, где конденсируется, и благодаря силе тяжести вода возвращается на землю в виде осадков – дождя или снега. Большая часть осадков выпадает над океаном и лишь менее 25% – над сушей.

Основным и единым для всех видов вод исходным звеном круговорота воды в природе являются атмосферные осадки, которые питают озера, реки, ледники и подземные воды. Вместе с этим реки питают озера, а подземные воды и ледники питают реки.

Природные воды непрерывно расходуются и возобновляются. Речные воды, имея сравнительно небольшой объем, возобновляются примерно каждые 16 суток (более 20 раз в год). Подземные воды возобновляются в течение примерно 1400 лет, а горные ледники - в течение 1600 лет.

Процесс круговорота воды в природе характеризуется уравнением водного баланса:

Ио + Ис = Оо + Ос

где:     И₀ и Ис - испарение с поверхностей океана и суши; О₀ и О_с  - осадки   на  поверхности океана и на поверхности суши.

Вследствие круговорота в гидросфере происходит постоянный обмен водных масс. Так, за счет океанских течений производится сме­на всех вод Мирового океана за 63 года. Значительно быстрее эти процессы протекают на суше и в атмосфере.

Представление о количестве водных ресурсов складывается из стационарных запасов различных частей гидросферы (Табл. 1, 2) и из запасов, непрерывно возобновляемых в процессе круговорота воды.

Таблица 1.

Стационарные водные ресурсы Земли (по М. И. Львовичу)

*В скобках - приближённые данные.

Из стационарных запасов гидросферы менее 2% относится к пресным водам. Но если исключить воды (льды) полярных ледников, пока недоступных для использования, то на долю доступных для использования пресных вод приходится всего лишь 0,3% стационарного объёма гидросферы.

К числу таких ресурсов относится речной сток, распределение которого по частям света приведено в таблице 2.

Таблица 2

Речной сток по частям света

Речные водные ресурсы под влиянием высокой активности (в среднем сменяются каждые 11 суток, см. Табл. 1), как правило, пресные. Пресными же являются и проточные озёра, и большая часть подземных вод зоны активного водообмена.

Водные ресурсы России. Россия - одна из наиболее богатых природными водами стран мира. Суммарные естественные ресурсы и запасы пресных вод Российской Федерации оцениваются в 7770 км³/год (Табл. 3).

Таблица 3.

Суммарные ресурсы и запасы воды на территории Российской Федерации

(по данным Федерального агентства водных ресурсов России)

Доля речного стока составляет 55%. Статические (вековые) запасы, большая часть которых сосредоточена в озерах и подземных водах, составляют около 90 тыс. км³/год.

Суммарный среднемноголетний объем воды в пресных озерах составляет 26 тыс. км³. Большинство озер (98%) - небольшие (менее 1 км²) и мелководные (глубина 1-1,5 м), ресурсы их возобновляются очень медленно.

Болота занимают почти 10% территории России. Суммарный среднемноголетний объем приходной составляющей болот оценивается в 1500 км³, из которых около 1000 км³/год расходуется на сток, питающий реки, озера, подземные горизонты, - естественные ресурсы и 500 км³/год - на испарение с водной поверхности и через транспирацию растений.

Общее количество ледников в России превышает 8000. Наибольшие площади оледенения имеют острова Новая Земля, Северная Земля и Земля Франца-Иосифа. Все прочие ледники, кроме арктических, принадлежат к различным типам горного оледенения.

В общем стоке рек, берущих начало из ледников, доля ледникового питания достигает 50% от годового объема и более. Большие запасы воды, заключенные в ледниках, в сочетании с высокогорными сезонными снегами обеспечивают длительное половодье на горных реках, имеющих ледниковое питание.

В районах многолетней мерзлоты водные ресурсы аккумулированы в подземных льдах и наледях. В пределах России подземные льды занимают площадь около 7 млн. км², или около 60% территории, занятой многолетнемерзлыми породами.

В ледниках на территории Российской Федерации сосредоточено около 18 тыс. км³ льда, в котором законсервировано более 15 тыс. км³ статических запасов пресной воды.

Среднемноголетний ледниковый сток, питающий реки, оценивается в 110 км³. Это возобновляемые ресурсы, и они могут быть отнесены к естественным. Около 30% из них, или 33 км³/год, относятся к эксплуатационным.

В криогенных районах страны количество пресной воды в подземных льдах оценивается в 19 тыс. км³, в том числе свыше 15 тыс. км³ - статические запасы воды.

В суммарных ресурсах 227 км³/год речного стока поступает с территории других государств, 787,5 км³/год составляют подземный и 1000 км³/год болотный сток, дренируемый реками, 1000 км³/год - ледниковый сток и 530 км³/год - сток из озер, питающих реки.

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км³, из которых около 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего объема речного стока.

Средняя обеспеченность водой речного стока каждого жителя России - около 31 тыс. м³ в год, а удельные водные ресурсы, отнесенные на единицу территории (1 км²), превышают 250 тыс. м³ в год. Но в наиболее густонаселенных южных и центральных районах европейской части России водообеспеченность очень мала: в Северо-Кавказском и Центрально-Черноземном районах суммарные водные ресурсы составляют около 90 км³ в год, а воды местного формирования - всего 60 км³ в год. Для сравнения в таблице 1.1.3.2 приведена удельная обеспеченность стоком в России и в мире в 1998 г., м³/чел в сутки и перспективы на 2020 г.

Таблица 4

Запасы водных ресурсов и удельная обеспеченность стоком в России и в мире

* Средний сценарий

Состояние и использование водных ресурсов. Россия относительно хорошо обеспечена водными ресурсами. Потенциальные эксплуатационные ресурсы подземных вод России превышают величину 300 км³ в год. По объемам речного стока более 4200 км³/год она занимает второе место в мире.

На одного жителя России приходится в среднем около 30 тыс.м³ воды (или 76 м³/сутки). Для сравнения: на одного жителя в Европе приходится 4,6 тыс. м³/год, в Азии - 5,2 тыс. м³/год, в среднем на одного жителя земли - 9,0 тыс.м³/год воды.

Страна имеет более 500 судоходных рек, общая их протяженность превышает 300 тыс. км. Из них эксплуатируется внутренним водным транспортом около 80 тыс. км.

Кроме того, насчитывается 12 крупных озер, где возможно судоходство. Потенциал рекреационных водных ресурсов образуют свыше 40 тыс. рек и более 50 тыс. озер.

В России в конце 2007-х гг. ежегодно организованный сброс сточных вод составлял около 70 км³ из них 24 - 25 км³ - загрязненных. Для нейтрализации токсических веществ требуется разбавление сточных вод в пропорции, варьирующейся от 1:1000 до 1:100000. Половина загрязненных стоков сбрасывается в Волгу, Дон и Кубань, на которых приходится всего 7 % речного стока страны. Резко ухудшилось качество воды. По данным мониторинга, качество воды большинства водных объектов России не соответствует нормативным требованиям. Практически весь объем забираемых для нужд водоснабжения поверхностных и почти треть подземных вод подвергаются обработке. По официальным данным, каждый второй житель России вынужден использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей гигиеническим требованиям, почти треть населения страны пользуется децентрализованными источниками водоснабжения без соответствующей подготовки. Чрезмерная нагрузка на водные экосистемы вызвала их разрушение. Однако, и воды мощных рек бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов, такие, как Обь, Енисей, Лена и Амур, загрязнены выше допустимых пределов. Это означает, что их возможности как приемников стоков исчерпаны.

В результате загрязнения и строительства плотин, блокировавших пути к нерестилищам для ценных проходных и полупроходных рыб, крупные реки России практически потеряли свое рыбохозяйственное значение.

Реки и озера страны играют весьма существенную средообразующую роль. Прямое влияние рек на природу берегов (проявляющееся в виде заливных лугов, особой прибрежной растительности и т.д.) распространяется на площади примерно 600 тыс. км², что составляет около 4 % территории страны. Специфические приозерные природные комплексы занимают площадь около 6 % территории страны. Таким образом, примерно на десятой части площади страны природа представляет собой продукт воздействия внутренних вод.

Выполнение водными объектами разных ресурсных функций неизбежно порождает острые противоречия. Типичным примером водохозяйственных конфликтов могут служить столкновение интересов гидроэнергетики, сельского хозяйства и рыболовства в низовьях зарегулированной Волги. Повсеместно существуют противоречия между водопотребителями и теми, кто сбрасывает загрязненные стоки, между разными водопотребителями и т.п.

В не столь далеком прошлом водохозяйственные проблемы решались в рамках отраслевой организации экономики. В этих условиях отрасли, считавшиеся стратегически важными (в первую очередь гидроэнергетика), навязывали свою волю всем остальным пользователям водных ресурсов, как правило - с ущербом для них. Последствия такой практики будут сказываться еще многие десятилетия, так как созданную инфраструктуру (в виде плотин, ГЭС, каналов и т.д.) в обозримом будущем нельзя перестроить.

Распределение водных ресурсов. Распределение речного стока по территории России крайне неравномерно. Территории бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов, которые слабо заселены, обладают почти 87% всех ресурсов речного и подземного стока. Территории же Прикаспия и юга Западной Сибири имеют очень редкую сеть местных водотоков и главный их источник составляют транзитные реки Волга и Иртыш.

По условиям водообеспеченности в России различают три зоны:

а) высокой водообеспеченности, где удельные водные ресурсы превышают 6 л/сек на км² (все северные регионы, Дальний Восток);

б) средней водообеспеченности, где удельные водные ресурсы измеряются 2 - 6 л/сек на км² (Центр, Урал, юг Западной Сибири, Восточная Сибирь);

в) низкой водообеспеченности, где удельные водные ресурсы не достигают 2 л/сек на км² (Ставрополье, Заволжье, Нижнее Поволжье, Барабинская низменность в Западной Сибири, Забайкалье, Центральная Якутия).

По запасам почвенной влаги на полях страна делится на зоны:

- избыточного увлажнения (таежные районы);

- достаточного увлажнения (южнотаежные районы);

- неустойчивого увлажнения (лесостепь Русской равнины и Западной Сибири);

- недостаточного увлажнения (степи центрально-черноземных областей; Предкавказья и юга Западной Сибири);

- засушливую (сухие степи Приазовья, Калмыкии и Заволжья);

- крайне засушливую (полупустыня Прикаспия);

- безводную (пустыня в низовьях Волги).

Около 80% пашни страны размещено в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения, что обусловливает уязвимость отечественного сельского хозяйства по отношению к погодным условиям и климатическим изменениям. В целом ресурсы влаги в земледельческих районах России в 1,2 -2 раза ниже, чем в странах Европы и США. В связи с этим требуются специальные мероприятия по мелиорации почв.

Уровень обеспечения территории проточной водой из поверхностных источников приведен на рисунке 1, а объемы воды, забираемой из природных водных объектов для хозяйственно-питьевых, производственных и прочих (полив, закачка в скважины и др.) нужд на рисунке 2.

Рисунок 1. Потенциальный запас водных ресурсов

Наиболее обеспечены водными ресурсами низовья крупных рек. Повышенный уровень водообеспеченности характерен для гумидных зон (тундровой и лесной) России.

Из субъектов Федерации наибольшие показатели имеют Красноярский край и Камчатская область, Сахалинская область, Еврейская автономная область. В центре и на юге Европейской части страны, где сосредоточено основное население России, зона удовлетворительной водообеспеченности ограничивается долиной Волги и горными районами Кавказа. Из административных образований наибольший дефицит водных ресурсов отмечается в Калмыкии и Ростовской области. Немногим лучше ситуация в Ставропольском крае, южных областях Центрального Черноземного района и в южном Зауралье.

Рисунок 2. Интенсивность использования водных ресурсов

Объемы забора воды на одного экономически активного жителя имеют высокое значение в группе регионов центральной Сибири (Иркутская область, Красноярский край, Хакасия, Тува, Кемеровская область). Водоемкость экономики здесь базируется на мощности Ангаро-Енисейской водной системы. Еще более водоемкой является экономика юга России от Оренбургской области до Краснодарского края. Максимальное водопотребление на душу населения отмечается в Карачаево- Черкессии, Дагестане и Астраханской области. На остальной части Европейской территории страны локальные зоны повышенной водоемкости характерны для хозяйственных комплексов Ленинградской, Архангельской, Пермской, Мурманской областей и, особенно, Костромской и Тверской областей (в последнем случае, вероятно, проявляются последствия дальнего водозабора для нужд Москвы). Минимальное потребление воды для нужд хозяйственного комплекса отмечается в слаборазвитых автономиях.

Экономически серьезным является лимитирующее влияние относительного дефицита водных ресурсов - прежде всего в регионах, лежащих южнее от линии Курск-Уфа. Здесь рост отношения водозабора к объему водных ресурсов прямо пропорционально отражает рост необходимых ограничений на экстенсивное водопользование. Хозяйства Ставрополья, Дагестана и Ростовской области уже сейчас стоят перед необходимостью глубокой перестройки водного хозяйства, увеличения оборотности водопользования.

Климатологи практически всех школ сходятся во мнении, что в ближайшее время влажная фаза климата в Евразии сменится на сухую, причем векового масштаба, которая будет даже суше, чем предыдущая вековая засуха 30-х гг.

Более всего пострадают самые засушливые в России Калмыкия и Оренбургская область. Серьезный ущерб понесут Ставропольский край, Дагестан, Астраханская, Ростовская и Белгородская области. К третьей группе, помимо засушливых Краснодарского края, Волгоградской, Воронежской, Липецкой, Пензенской, Новосибирской областей, относятся также Челябинская и Московская области, где водоснабжение уже сейчас является довольно напряженным. В остальных южных регионах засуха прежде всего вызовет снижение продуктивности сельского хозяйства и обострение проблем в городах с напряженным водоснабжением. В экологическом и санитарно-гигиеническом плане особенно важно, что практически во всех водных объектах возрастут концентрации загрязнителей.

Регулирование и воспроизводство водных ресурсов. Людей давно занимал вопрос, почему океаны не выходят из берегов, хотя реки постоянно выносят в них огромные массы воды. Когда выяснилось, что вода при нагревании может переходить из жидкого состояния в газообразное, стало очевидно, что под воздействием солнечного тепла нагревается поверхность поверхностных водооисточников и вода постоянно превращается в пар.

Крошечные капельки воды, взвешенные в атмосфере, образуют облака. При соответствующих условиях эти капельки сливаются, а достигнув веса, достаточного для преодоления сопротивления воздуха, падают на землю в виде дождя, снега или града. Когда частица воды вместе с наземным или подземным стоком попадает снова в океан, это означает, что она совершила полный круговорот в природе.

Осадки.

Типы. Интенсивность и количество осадков зависят от содержания воды, а также от скорости и амплитуды охлаждения воздуха. Выделяются два основных типа осадков. Первый – это осадки, выпадающие на обширной территории в результате циклонической деятельности; их можно подразделить на фронтальные и нефронтальные. Осадки второго типа выпадают на меньшей территории и представляют собой более интенсивные грозовые ливни.

Распределение во времени. Дожди циклонического типа умеренной или слабой интенсивности могут продолжаться несколько суток. Когда контраст во влагосодержании и температурах между соседними воздушными массами крайне велик, дождь выпадает с такой интенсивностью, что большая часть воды скатывается по поверхности грунта прямо в реки. Русла оказываются не способными вместить и пропустить весь объем воды в столь короткие сроки, и реки выходят из берегов. В результате происходят разрушительные наводнения.

Пространственное распределение. Паводок обычно следует непосредственно за ливнем. В среднем слой выпавших дождевых осадков уменьшается с увеличением площади территории, над которой они выпадают, а также с удалением от центра циклона. В горах структура дождя, зависит от распределения высот отдельных склонов и крупных форм рельефа.

Снег. Когда водяной пар конденсируется при температурах значительно ниже 0^о С, формирующиеся кристаллы льда при определенных условиях объединяются и падают на землю в виде снежинок. Плотность свежевыпавшего снега варьирует в широких пределах.

Испарение. Преобразование воды в пар представляет собой важный энергетический переход в непрекращающемся круговороте воды в природе. Этот процесс происходит почти непрерывно в результате испарения со всех водных поверхностей и влажной почвы и выделения растениями. Количественная оценка испарения обычно выполняется косвенным путем.

При идеальных условиях испарение с поверхности озера можно определить путем измерения суммарного поступления в него воды, стока из него и испарившейся воды. При этом предполагается, что остаточная составляющая баланса, необходимая для сохранения равновесия системы, соответствует испарению. Такой метод обычно неудовлетворителен, так как невозможно точно оценить прочие элементы водного баланса, например просачивание воды в грунт. Близкий подход, называемый методом энергетического баланса, заключается в измерении поступающей тепловой энергии, отдаваемой озером и накопленной в нем. Надежность этого метода повышается благодаря огромному количеству тепловой энергии, затрачиваемой на испарение воды (скрытой теплоты парообразования).

Поверхностный сток.

Поверхностный сток формируется, когда дождь выпадает или снег тает со скоростью, превышающей скорость просачивания воды в грунт. Сначала вода заполняет небольшие углубления на поверхности земли, которые, переполнившись, сливаются вместе и образуют промоины и ручейки, продолжающие сливаться, расширяться и превращаться в ручьи и реки, на которых может быть измерен сток.

Питание водотоков осуществляется двумя путями: дождевой или талой снеговой водой, которая стекает с поверхности, и водой, поступающей со дна русла и из бортов долины. Последний источник включает: 1 – воды, поступающие с ливнями на поверхность почвы неподалеку от русла, просачивающиеся в нее и быстро перемещающиеся на небольшой глубине в направлении русла, а при достижении его смешивающиеся с поверхностным стоком, и 2 – воды, просачивающиеся вглубь и достигающие уровня грунтовых вод, имеющих выход в глубокие долины, секущие такие водоносные горизонты. Первый из названных подтипов – внутрипочвенный ливневый сток – не может быть измерен отдельно от поверхностного стока. Второй подтип, называемый грунтовыми водами, поддерживает существование водотоков в периоды, когда осадки не выпадают.

Инфильтрация. Часть атмосферных осадков, которая просачивается в грунт, подчиняется воздействию двух сил: силы тяжести и силы молекулярного притяжения между частицами грунта и водой. В целом, эти силы противостоят друг другу. Вода, прокладывающая себе путь вниз по порам между частицами почвы, в конце концов достигает наземных водотоков или уровня грунтовых вод. Если зеркало грунтовых вод располагается ниже русла потока, то на поверхность они могут быть выведены либо в результате откачивания насосами из скважин, либо через артезианские источники и родники.

Грунтовые воды. Их движение зависит от скорости фильтрации воды в рыхлых отложениях, сквозь которые они текут, и некоторых физических свойств этих отложений (в особенности гранулометрического состава, т.е. количественного соотношения частиц разного размера), перепада высот между вершиной и устьем водоносного горизонта и его протяженности. Эти взаимосвязи могут быть выражены простейшими математическими формулами.

Классификация водных объектов. К водным объектам относятся: реки, озера, водохранилища, другие поверхностные водоемы и водные источники, а также воды каналов и прудов; подземные воды и ледники; внутренние моря и другие внутренние морские воды России;  территориальные воды (территориальное море) России.

                Водный объект рассматривается как важный элемент комплекса удовлетворяющий потребности человеческого общества и влияющий на здоровье населения.

Общая классификация водных объектов дана в таблице 5.

Классификацию водных объектов производят по основным признакам, характеристикам, категориям, отражающим природные особенности водного объекта, учитываемым при его использовании и охране, и выражаемым качественными (сравнительными) и количественными показателями.

Таблица 5

Общая классификация водных объектов

 

К основным признакам, характеризующим особенности водных объектов, относят:

- физико-географические (общие);

                - режимные (водный, ледовый, термический);

                - морфометрические.

Признак водного объекта выражается набором характеристик:

                - площадь (водосбора, водного зеркала и пр.), длина, глубина;

- расход и объем воды, скорость течения;

                - уровень воды;

- температура воды;

- длительность неблагоприятных по водности и условиям водообмена периодов (межень, ледостав, отсутствие стока и т. п.);

- показатели условий водообмена;

- фильтрационные свойства почв и горных пород.

Ресурсы и качество речных вод. Среди поверхностных вод наибольшее социально-экономическое значение принадлежит речному стоку, характеризующемуся пространственной и временной изменчивостью.

По территории России протекает свыше 2,5 миллионов рек. Подавляющее большинство из них (94%) имеют длину 25 км и менее. Число средних рек длиной от 101 до 500 км составляет 2833 или 0,1%, число больших - 214, или всего 0,008%.

Большинство рек (90%) несут свои воды в Северный Ледовитый и Тихий океаны. В Азово-Черноморском и Каспийском бассейнах, где проживает свыше 65% населения России, насчитывается более 190000 рек, менее 7,5% (Табл. 6).

Пять крупнейших рек России имеют водосборные площади, превышающие 1000 тыс. км²: Обь - 2990 тыс. км², Енисей - 2580 тыс. км², Лена - 2490 тыс. км², Амур - 1855 тыс. км². Волга - крупнейшая река Европы - среди российских рек занимает лишь пятое место по площади водосбора (1360 тыс. км²).

Самой большой по протяженности рекой является Енисей, имеющий длину около 6000 км (если считать за исток р. Селенгу). Длина Оби, если за ее исток принять р. Иртыш, составляет 5570 км, длина Лены и Амура превышает 4000 км. Волга, Колыма, Урал и Оленек имеют протяженность более 2000 км.

По водоносности первое место среди рек России также занимает Енисей со средним годовым расходом воды 19870 м³/с и среднемноголетним годовым стоком 630 км³.

Таблица 6

Количество и протяженность рек Российской Федерации

(по данным Росгидромета)

Ресурсы речного стока Российской Федерации определяются местным стоком, формирующимся в ее пределах, и ресурсами притока речных вод с территорий сопредельных государств. Общие естественные ресурсы среднемноголетнего речного стока оцениваются в 4270 км³/год, в том числе ресурсы местного стока - 4043 км³/год (Табл. 7).

Показатели удельной водообеспеченности местным стоком, составляющие в целом по стране 236 тыс. м³ в год на 1 км² территории и 27 тыс. м³ в год на одного жителя, значительно варьируют по федеральным округам. Кроме того, внутри них также наблюдается существенная дифференциация водообеспеченности по административным территориям.

В бассейнах отдельных рек многолетние колебания стока весьма значительны и зависят как от географической зоны, так и от размеров водосборных территорий. В северных районах России значения годового стока в многоводные годы на 25-60% выше, а в мало водные годы на 20-40% ниже среднемноголетних величин. В центральных районах многолетняя амплитуда колебаний годового стока составляет от 0,6 до 1,8 среднемноголетнего значения.

На средних реках южного склона России (южнее Тамбова, Пензы, Самары, Кургана, Омска) годовые расходы воды в многоводные годы в 2-4 раза больше, а в маловодные - в 6-20 раз меньше средних многолетних.

На малых реках в засушливых зонах годовые расходы в многоводные годы в 4-5 раз больше, а в маловодные годы - в 20-30 раз меньше средней многолетней величины (либо вообще близки к нулю).

Таблица 7

Среднемноголетние ресурсы речного стока

по федеральным округам

Сток большинства рек внутри года подвержен существенным колебаниям и зависит от условий его формирования (преобладания талого или дождевого питания). На большинстве рек России отчетливо выражено весеннее половодье.

В настоящее время наблюдениями за загрязнением поверхностных вод суши по гидро-химическим показателям охвачено 1195 водных объектов. Отбор проб проводится на 1716 пунктах (2390 створах) по физическим и химическим показателям с одновременным определением гидрологических показателей.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод России остаются нефтепродукты, фенолы, легкоокислясмые органические вещества (по БПК), соединения металлов, аммонийный и нитритный азот, а также специфические загрязняющие вещества.

Ресурсы и качество вод озер. На территории России насчитывается более 2,7 миллионов озер с суммарной площадью водной поверхности 400 тыс.км². Среди них только 19 озер имеют площадь зеркала, превышающую 1000 км² (суммарная площадь зеркала 108 тыс. км²).

Почти все запасы озерных вод сосредоточены в нескольких крупных водоемах. Так, объем Байкала, составляющий 23 тыс. км³, в 5 раз превышает суммарный годовой сток всех рек России.

Основные водные ресурсы сосредоточены в 7 крупных озерах (Табл. 8). На их долю приходится 24 тыс.м³ из общих 26 тыс. км³.

В крупных озерах доля ежегодно возобновляемых вод составляет всего 1,5% от их общего объема, хотя этот показатель и варьирует в довольно широких пределах (в Байкале - 0,3%, в Чудско-Псковском - 57%).

По территории России озера распространены крайне неравномерно. В одних районах они встречаются довольно редко, зато в других занимают значительную часть поверхности - иногда до 10-50% общей площади района.

Таблица 8

Основные характеристики пресных озер России, имеющих

площадь более 1000 км²

Ресурсы и качество подземных вод. Прогнозные ресурсы подземных вод составляют более 870 млн. м³/сут и в основном формируются в бассейнах Волги (116 млн. м³/сут) и Оби (282 млн. м³/сут) - около 46% от общего количества по России. Свыше 77% (670 млн. м³/сут) ресурсов подземных вод сосредоточено в Северо-Западном, Уральском, Сибирском и Дальневосточном федеральных округах, при этом наибольшая часть (29%) - на территории Сибирского федерального округа.

На территории Российской Федерации разведано более 4500 месторождений подземных вод, в эксплуатации находится более 2000. Общее количество разведанных эксплуатационных запасов подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого, производственно-технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ составляет 89 млн. м³/сут, в том числе подготовленных для промышленного освоения - 80 млн. м³/сут. Общая добыча подземных вод составляет более 28 млн. м³/сут.

Наибольшим количеством разведанных запасов подземных вод располагают: Московская область, Краснодарский край, Самарская, Нижегородская область, Республика Башкортостан, Алтайский край и др. Суммарная величина запасов по этим субъектам Российской Федерации составляет 47% от общего по России.

При оценке обеспеченности населения ресурсами подземных вод по условиям их защищенности выделены:

- надежно защищенные (напорные водоносные горизонты, перекрытые выдержанными слабопроницаемыми отложениями, на участках, расположенных вне зон застройки и промышленных зон);

- защищенные (напорные горизонты на участках в пределах указанных выше зон и наличии в ее составе слабопроницаемых прослоев мощностью не менее 3 м);

- практически незащищенные (безнапорные горизонты, а также водоносные горизонты, эксплуатируемые инфильтрационными водозаборами при непосредственной взаимосвязи поверхностных и подземных вод).

Таблица 9

Прогнозные ресурсы и эксплуатационные запасы подземных вод Российской Федерации по речным бассейнам

Наибольшее количество - около 40% составляют защищенные месторождения. Практически не защищено около 37% месторождений, причем в ряде регионов (Мурманская, Ленинградская, Ивановская, Воронежская, Липецкая, Белгородская) они преобладают. Однако даже на месторождениях, относящихся к этой категории, защищенность подземных вод, как правило, значительно выше, чем поверхностных, что существенно повышает их ценность, особенно в чрезвычайных ситуациях.

Большинство административных районов субъектов Российской Федерации относятся к обеспеченным и надежно обеспеченным подземными водами. Это означает, что все потребители (в том числе и крупные) могут быть обеспечены ресурсами подземных вод, формирующимися на территории района.

В то же время, в связи с неравномерностью распределения прогнозных ресурсов, отсутствием на отдельных площадях подземных вод кондиционного качества, в ряде субъектов выделяются недостаточно обеспеченные районы, где за счет местных ресурсов подземных вод не могут быть удовлетворены потребности рассредоточенных водопотребителей. Больше всего таких районов находится в республиках Калмыкия, Дагестан, Якутия и некоторых других субъектах Российской Федерации.

В ряде административных районов при полном удовлетворении рассредоточенных водопотребителей выделяются отдельные крупные водопотребители, не обеспеченные местными ресурсами подземных вод. К таким территориям относятся центральные и восточные районы Московской области, отдельные районы Владимирской, Ивановской, Тульской, Ярославской и некоторые другие.

Повышенное содержание в подземных водах железа, марганца либо повышенная минерализация и общая жесткость, а также пониженное содержание фтора в целом не являются препятствием к использованию таких вод, так как с применением хорошо разработанных методов водоподготовки качество воды может быть доведено до требуемой кондиции.

Вместе с тем, при низком уровне использования разведанных запасов подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в значительных масштабах осуществляется добыча подземных вод водозаборами, созданными на участках, где не производились разведочные работы, не осуществлялся подсчет эксплуатационных запасов, их государственная экспертиза и постановка на госучет (баланс).

Необходимо отметить, что не по всем месторождениям качество подземных вод отвечает современным требованиям государственных стандартов хотя бы по одному показателю. Так, признаки несоответствия качества подземных вод отмечены в 62 % разрабатываемых и 51 % не разрабатываемых месторождениях, а также в 50 % водозаборах, расположенных на участках с неоцененными запасами. При этом такое несоответствие связано с природными условиями формирования качества подземных вод и с техногенным загрязнением. Поэтому на некоторых водозаборах, сооруженных на месторождениях, и на водозаборах, расположенных на участках с неоцененными запасами, производится специальная водоподготовка.

Загрязнение подземных вод, в основном первого от поверхности водоносного горизонта, не являющегося в большинстве случаев источником централизованного водоснабжения, происходит на территории расположения накопителей отходов и сточных вод, нефтепромыслов, нефтебаз, складов горючесмазочных материалов на промплощадках, в районах крупных свалок твердых бытовых отходов. Участки с таким типом загрязнения выявлены в 25 субъектах Российской Федерации.

На территории России выявлено около 1000 водозаборов подземных вод, включая рассредоточенные одиночные скважины, в которых отмечено постоянное или эпизодическое загрязнение подземных вод. В большинстве водозаборов (80%) загрязнение подземных вод отмечается лишь в отдельных скважинах и по интенсивности относятся к незначительно загрязненным подземным водам.

По экспертным оценкам общая добыча загрязненных подземных вод не превышает 5- 8% от общего водоотбора.

Главным достоинством подземных вод для питьевого водоснабжения является существенно более высокая степень их защищенности от загрязнения по сравнению с поверхностными водами.

Морские воды. Территория Российской Федерации омывается 13 морями, принадлежащими бассейнам трех океанов: Северного Ледовитого, Тихого и Атлантического, и обладает уникальным водным побережьем протяженностью около 60 тыс. км. Общая площадь морской акватории, попадающей под юрисдикцию России, составляет 7 млн. км².

Аккумулирование местного стока. Аккумулирование местного стока это комплекс мероприятий, главным образом гидротехнических, проводимых в безводных и маловодных районах для обеспечения их водой.

Таблица 10

Характеристика морей, омывающих территорию Российской Федерации

Аккумулирование местного стока - первый этап строительства систем водоснабжения и орошения в местах, где нет водных источников или они малодебитные, либо имеют непригодную воду. При этом в первую очередь осваивают местные водные ресурсы (подземные воды, реки, озёра, атмосферные осадки), для чего строят водозаборные сооружения, водохранилища для аккумулирования местного стока, регулирующие водохранилища на реках и др. Если они недостаточны, отсутствуют или неравномерно распределены на местности, то выявляют внешние водные источники, из которых воду по каналам и трубопроводам обводнительных систем подают на обводняемую территорию и распределяют по ней.

Состав этих мероприятий зависит от хозяйственного использования обводняемой территории.

Территориальная неравномерность, большая внутригодовая и многолетняя изменчивость речного стока затрудняют обеспечение населения и экономики России необходимым количеством воды. Эта проблема решается за счет аккумулирования стока рек водохранилищами. Причем наиболее эффективное и многоцелевое использование водных ресурсов достигается в каскадно расположенных водохранилищах, образующих единую водохозяйственную систему. Примером могут служить Волжско-Камский и Ангаро-Енисейский каскады.

На территории России находятся в эксплуатации около 30 тыс. регулирующих речной сток водохранилищ и прудов общим объемом более 800 км³. Их суммарный полезный объем составляет 340 км³, причем более 90% приходится на водохранилища, имеющие емкость свыше 10 млн. м³. Из общего количества водохранилищ комплексно используются около 230 объектов, а остальные – только отдельными отраслями хозяйства

Искусственное пополнение подземных вод. Искусственное пополнение эксплуатационных запасов подземных вод вынужденная мера, если эксплуатационный водоотбор не обеспечивается естественными источниками, т.е. в процессе эксплуатации происходит перепонижение уровней в водозаборных скважинах.  При этом возможны два выхода:

1. Расширить действующий водозабор на флангах - однако, это далеко не всегда можно сделать (дорогая земля, сложность организации зоны санитарной охраны, взаимодействие с соседними водозаборами и т.п.);

2. Применить искусственное пополнение запасов (ИПЗ).

Однако, ИПЗ может применяться и на вполне "благополучных" водозаборах с целью повышения их производительности для покрытия возрастающей потребности.

Специфические проблемы при осуществлении ИПЗ:

- техника сооружения и технология эксплуатации специальных устройств для пополнения,

- источник и качество "сырой" воды.

Наиболее сложным всегда является вопрос об источнике воды. Основные требования к нему: достаточное количество и удовлетворительное качество - существуют нормативные требования к качеству воды, подаваемой на пополнение. Из физических показателей наиболее важный - мутность. Химические ограничения могут быть разнообразными в зависимости от состава пород зоны аэрации и водовмещающей толщи, состава пластовой воды, климатических особенностей.

Обычно для ИПЗ используют поверхностные воды, реже дренажные воды, очищенные стоки, воды смежных горизонтов.

Методы предварительной водоподготовки:

отстаивание (снижение мутности)

предварительные фильтры (часто в комплексе с коагулянтами)

микрофильтрация (задержка механической взвеси, планктона)

аэрация (насыщение кислородом с уничтожением бактерий и разложением органических соединений)

хлорирование (обеззараживание и окисление органических соединений).

Создание искусственных запасов производится один или несколько раз в году путем единовременного затопления больших площадей вблизи водозаборного сооружения, обычно предварительно производится зачистка слабопроницаемого почвенно-растительного слоя. Полное насыщение пород в зоне аэрации над депрессионной воронкой (Рис. 3) происходит достаточно быстро:

 Этот механизм ИПЗ достаточно прост в осуществлении, но и эффективность его не очень высока.

В подавляющем большинстве случаев источником "сырой" воды в этой схеме служат поверхностные воды ближайших водотоков в периоды половодья; реже - снеготалые воды.

Рис. 3. Пополнение эксплуатационных запасов за счет создания

искусственных запасов (магазинирование)

 Более широко применяются приемы создания искусственных ресурсов, т.е. некоторого расхода, непрерывно поступающего в эксплуатируемый водоносный горизонт из специальных инфильтрационных сооружений капитального типа.

Наиболее распространенная технология - инфильтрационные бассейны прямоугольной формы, 200-400 м на 20-50 м; глубина 2 - 3 м (Рис. 4). В бассейне поддерживается постоянный уровень; для этого через систему затворов подается такой расход "сырой" воды, чтобы компенсировать расход инфильтрации через дно бассейна. Зная подаваемый объем воды  за время можно рассчитать интенсивность инфильтрации из бассейна:

Водопользование и водопотребление. В России существует единая водохозяйственная система, которая требует больших финансовых, материальных и трудовых затрат.

До недавнего времени воду воспринимали как бесплатный и не­истощимый дар природы. В наши дни во многих регионах страны пресной воды уже не хватает, а потребности в ней растут.

Водопользование делится на общее и специальное.  В общее водопользование входит удовлетворение питьевых потребностей населения, водопой скота, купание, водный туризм и т. д. Оно осуществляется бесплатно, в порядке, установленном Основами водного законодательства.

Специальное водопользование различными объектами народно­го хозяйства в отличие от общего осуществляется только с разре­шения государственных органов и во многих случаях требует пла­ты за пользование водными ресурсами.

Различают два вида использования водных ресурсов: водополь­зование и водопотребление.

Рис. 4. Принципиальная схема системы искусственного пополнения

с помощью инфильтрационных бассейнов

При водопользовании вода не изымается из водоемов (рек, озер и др.) и не расходуется, а лишь используется для выполнения определенных функций. Водопользователями являются гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, лесосплав и т. п.. При водопотреблении вода забирается из водных объектов, причем часть ее теряется безвозвратно, (например, испаряется), часть расходуется промышленностью и сельским хозяйством на производство продукции и др. Кроме того, при водопотреблении резко ухудшается в результате засорения и загрязнения качество той части воды, которая возвращается в реки и озера.

В современных условиях строгую границу между водопользованием и водопотреблением провести трудно. Поэтому при комплексном использовании водных ресурсов эти разновидности объединяют под общим термином - водопользование.

Согласно государственного стандарта ГОСТ 17.1.1.03-86 водопользование классифицируется:

1. По целям использования вод:

- хозяйственно-питьевые нужды населения;

- коммунально-бытовые нужды населения;

- лечебные, курортные и оздоровительные цели;

- нужды сельскохозяйственного производства (без орошения);

- орошение;

- промышленные нужды;

- нужды гидроэнергетики;

- нужды водного транспорта и лесосплава;

- нужды рыбного хозяйства;

- сброс сточных вод;

- природоохранные нужды;

- многоцелевое водопользование.

2. По объектам водопользования:

- поверхностными водами суши;

- подземными водами;

- внутренними и территориальными морскими водами экономической   зоны.

3. По техническим условиям водопользования:

- с применением сооружений и (или) технических устройств, влияющих на состояние водного объекта;

- без применения сооружений и (или) устройств.

4. По условиям предоставления водных объектов в пользование

- совместное;

- обособленное.

5. По характеру использования воды

- использование воды как вещества с определенными свойствами;

- использование массы и энергетического потенциала воды;

- использование воды как среды обитания.

6. По способу использования водных объектов:

- с изъятием воды и ее возвратом;

- с изъятием воды без возврата;

- без изъятия воды.

7. По воздействию водопользований на водные объекты:

- на количественные характеристики водного объекта;

- на качественные характеристики водного объекта;

Вам также может быть полезна лекция "71 Философия религии".

- на количественные и качественные характеристики водного объекта;

- без воздействия на количественные и качественные характеристики   водного объекта.

Качество используемой воды и потребность в ней зависят от вида водопользования. Наиболее стабильными водопользователями являются населенные пункты, которые используют воду наивысшего качества (из подземных источников или незагрязненных водоемов и водотоков). Постоянного во времени потребления воды требуют тепловые и атомные электро­станции, а также промышленные предприятия с непрерывным цик­лом работы. Орошение нуждается в больших объемах воды лишь в течение вегетационного периода и при промывных поливах, водный транспорт и лесосплав в период навигации, рыбное хозяйство во время нереста рыб. Для рыбного хозяйства требуется чистая вода, в то время как для гидроэнергетики, судоходства и лесосплава качество воды практически не имеет значения. Таким образом, требования различных отраслей народного хозяйства к качеству, количеству и срокам подачи воды, весьма разнообразны и нередко противоречивы, что существенно усложняет планирование водопользования и распределение воды между различными во­допользователями.

Для нужд населения и народного хозяйства в СССР ежегодно забирается из природных водных объектов около 356 км³ свежей воды, в том числе 32,1 км³ из подземных горизонтов, из них 4,2 км³ при добыче полезных ископаемых. Около двух третей этого объе­ма потребляется безвозвратно или теряется при транспортировании в процессе использования. Сточные воды несут в себе отходы про­изводства (сотни разновидностей органических и неорганических веществ в растворенном или взвешенном состоянии). Концентрации этих веществ зачастую превышают предельно допустимые концен­трации ПДК, и такие стоки перед сбросом в водоем разбавляют свежей водой до получения требуемых ПДК. В этом случае качественное истощение водных ресурсов превращается в количественное. Объем разбавляющей воды во много раз превосходит забор свежей из источника.

Для решения этой проблемы внедряются: водосберегающие технологические процессы, в основу которых положены принципы использования технологических аппаратов, требующих небольшого- количества воды; новые эффективные методы очистки сточных вод; замкнутые системы водного хозяйства с оборудованием для утилизации отходов и ценных компонентов.

Крупнейшим потребителем воды является орошаемое земледе­лие, которое создает гарантированный продовольственный фонд. При решении задач рационального использования водных ресур­сов в сельском хозяйстве существует проблема, связанная с сокра­щением непроизводительных потерь воды (40% объема теряется при фильтрации, испарении и сбросе). Важную роль в решении за­дач экономии водных ресурсов должно сыграть внедрение новых методов полива. При поверхностном поливе непроизводительные потери воды достигают 45%, в то время как использование дожде­вальных машин с закрытой поливной сетью дает возможность уменьшить их до 10%; повышение агротехнической культуры и совершенствование сельскохозяйственного производства наблюдается при рациональном внесении удобрений и химикатов.