Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее

Подождите немного. Документ загружается.

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 приме-

ненным методом исследований. Особенно ярко эта закономер-

ность проявилась в годы первых пятилеток социалистического

строительства в Советском Союзе, когда гидрологических дан-

ных было очень мало. Вместе с тем запросы хозяйства к гидроло-

гии полностью удовлетворялись с помощью применявшихся тог-

да методов исследований.

Необходимость такого подхода относится и к гидрологиче-

ским исследованиям водного баланса Земли и водных ресур-

сов.

Результаты гидрологических исследований, особенно когда

они относятся ко всему земному шару, из-за неравномерной

информации по значительным частям Земли и в связи с неко-

торой ограниченностью знаний по отдельным звеньям кругово-

рота воды и водного баланса существенно зависят от применен-

ных методов исследования. По этой причине, имея в виду об-

разное выражение А. И. Герцена о том, что метод является

эмбриологией истины, я всегда в своих работах много внима-

ния уделяю методической стороне проблемы.

Предложенный мною дифференцированный метод изучения

водного баланса послужил основой для приведенной в настоя-

щей книге оценки и характеристики особенностей мировых

водных ресурсов. Он позволил получить результаты, сущест-

венно отличающиеся от всех ранее полученных результатов,

в том числе и мною, по мировому водному балансу и миро-

вым водным ресурсам.

Гидрологическая наука не может ограничиваться оценкой ес-

тественных 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 вод-

ных ресурсов, позволивших получить некоторые новые выводы

о рациональных путях охраны водных ресурсов, улучшения вод-

ного компонента природной среды.

Тем не менее я не склонен переоценивать точности получен-

ных выводов о мировом водном балансе, о ресурсах пресных

вод Земли, а также по перспективному прогнозу (приблизи-

тельно на 2000 г.) состояния мировых водных ресурсов. По-

следний 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 миро-

вых 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 суще-

ственный шаг на пути развития гидрологической науки. Для

того чтобы сделать новые шаги в этом направлении, наряду

с новой гидрологической информацией, которая, как уже отме-

чено, недостаточна для крупных частей земного шара, необхо-

димо дальнейшее развитие методологии исследований. Вряд

ли можно рассчитывать на существенное принципиальное дви-

жение вперед только за счет получения новых данных, вне

методологических решений. Изменение числовых значений от-

дельных элементов мирового водного баланса не является еще

достаточным признаком успешности исследования. Большую

роль играет развитие методологии исследования, уровень ко-

торого служит основным критерием прогресса.

Работа над проблемами мировых водных ресурсов и направ-

лениями их использования и охраны потребовала изучения боль-

шого количества литературных источников. Но на источни-

ки, из которых черпались исходные данные для исследований

водного баланса и водных ресурсов по примененным мною ме-

тодам (например, на большое количество использованных ис-

точников о ежедневных расходах воды в реках, послуживших

для определения подземного и поверхностного стока), как пра-

вило, ссылки в тексте не даются из-за их многочисленности и

громоздкости. Однако все использованные для этих целей ис-

точники приведены в списке литературы.

В этой книге обобщены результаты многолетних исследова-

ний автора. Использованы также материалы и данные, получен-

ные автором и его сотрудниками в течение последних несколь-

ких лет в отделе гидрологии Института географии АН СССР.

Выражаю свою глубокую благодарность всем готовившим ма-

териалы, использованные в книге, помогавшим их техническо-

му оформлению, а также рецензентам за ценные рекоменда-

ции по содержанию книги. -

ВВЕДЕНИЕ

В книге рассмотрены три проблемы: мировой водный ба-

ланс, мировые ресурсы пресных вод и пути решения водной

проблемы, основанные на перспективном прогнозе состояния

мировых водных ресурсов. Над первой из них я начал рабо-

тать в конце 30-х годов и посвятил ей монографию, завершен-

ную в 1940 г., но опубликованную спустя пять лет, после Оте-

чественной войны (Львович, 1945). Главным итогом этой мо-

нографии явилась первая карта стока рек земного шара, по-

служившая основой для расчетов мирового водного баланса и

ресурсов пресных вод материков. Другой результат этой мо-

нографии— мировая типологическая карта водного режима рек,

составленная по двум признакам: один из них — источники пи-

тания рек, другой — сезонная ритмичность их водности.

За истекшее с тех пор время я неоднократно возвращался

к этой проблеме, главным образом в связи с новой информа-

цией о речном стоке, которая стала особенно обильной после

второй мировой войны. По мере появления новых данных ука-

занные 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 пе-

реиздание даже с обновленными картами, поскольку эти изда-

ния 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 изу-

чения водного баланса, раскрывающий литогенное звено кру-

говорота 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 во-

ды в природе, оценивать источники водных ресурсов, представ-

ляющих различные звенья этого круговорота. Таким образом,

впервые появилась возможность определять возобновимые ре-

сурсы подземных вод, ресурсы подземного стока больших райо-

нов и речных бассейнов, которые в общем виде соответствуют

подземным водам зоны активного водообмена, дренируемых

реками. Благодаря этому открылся путь для оценки гене-

тически 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 характе-

ристики валового увлажнения территории, что в свою очередь

дало возможность рассматривать этот важный компонент пло-

дородия почвы не только с позиций почвоведения, агрометеоро-

логии и агрономии, но и с позиций гидрологии, которая не мо-

жет остаться в стороне от изучения влажности почвы как од-

ного из звеньев круговорота воды и элементов водного балан-

са.

Важная составная часть указанного метода-—структурные

кривые водного баланса, раскрывающие теоретические сторо-

ны водного баланса территории и позволяющие установить его

зональные закономерности. Структурные кривые послужили ос-

новой для составления интерполяционных зависимостей, исполь-

зуемых в тех случаях, когда районы в гидрологическом от-

ношении не изучены или слабо изучены. Подобные интерполя-

ционные кривые применялись и раньше, и я ими широко поль-

зовался. Но эти кривые отражали не вполне оправданные в

теоретическом отношении зависимости стока от осадков и тем-

пературы воздуха. Зональные факторы, чрезвычайно четко ха-

рактеризующие комплекс условий формирования водного ба-

ланса, оказались более надежными для интерполяционных це-

лей. 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 широ-

кое 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 выво-

ду 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.Дрейер (СССР и Северная Америка), Г. Я. Карасик

(Африка и Южная Америка), Г. М. Николаевой (Юго-Восточ-

ная Азия), Г. М. Черногаевой (Европа и остальная часть за-

рубежной Азии). Для каждого материка были получены ком-

плекты карт по следующим элементам и показателям: полного

речного стока, подземного стока в реки, поверхностного (паво-

дочного) стока, валового увлажнения территории, испарения,

коэффициента питания рек подземными водами, обеспеченно-

сти основными водными ресурсами (полным речным и подзем-

ным стоком) на душу населения для каждой из стран. Итоги

исследования опубликованы в двух монографических вы-

пусках, 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 соот-

ветствующих 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 ав-

торы выдвигают концепцию ограниченных возможностей разви-

тия человечества или связывают с этим фактом необходимость

уменьшения потребления природных ресурсов. Эта предпосыл-

ка послужила основанием для высказываний о необходимости

замены традиционных ресурсов пресных вод (речных и подзем-

ных) другими источниками, например опресненными морски-

ми водами или водой (льдом) полярных ледников путем транс-

портирования айсбергов.

Ниже будет рассмотрен водохозяйственный аспект этих вы-

сказываний. В связи же с проблемой ресурсов пресных вод и

отмеченной переоценкой значения стационарных вековых запа-

сов, которым в основном принадлежит второстепенная роль, в

настоящем труде основное внимание уделено динамическим

водным ресурсам, непрерывно возобновляемым в процессе кру-

говорота воды. Именно они представляют собой главный источ-

ник ресурсов пресных вод. Об этом говорит и весь многовеко-

вой опыт использования водных ресурсов. Достаточно сказать,

что единовременный стационарный запас воды в руслах рек

всего мира в настоящее время мог бы обеспечить нужды чело-

вечества в течение 7г года. Вместе с тем из рек в значитель-

ных количествах черпается вода в течение многих веков, и ее

запасы в основном (за вычетом безвозвратно расходуемой во-

ды) 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 ак-

тивность водообмена характерна для рек и всех других источ-

ников пресных вод.

Такое естественное свойство ресурсов пресных вод, харак-

теризующее 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, конеч-

но, не нарушать круговорот и не вносить в него несвойствен-

ные ему черты (например, загрязнять воду), что, как мы уви-

дим в дальнейшем, служит главной причиной ясно наметивше-

гося истощения водных ресурсов.

Система предложенных мною уравнений водного баланса,

положенных в основу дифференцированного метода, и приме-

нение 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. Вер-

надский.

Существуют, однако, два аспекта такого единства. Его исто-

рический аспект связан с происхождением гидросферы — вы-

делением воды в процессе дегазации магмы и вулканической

деятельности Земли. В результате этого процесса объем гидро-

сферы растет, но очень медленно. Достаточно сказать, что гид-

росфера формировалась приблизительно в течение трех-четы-

рех миллиардов лет. Этот процесс увеличения объема гидро-

сферы, продолжающийся и в настоящее время, в какой-то мере

тормозится диссоциацией молекул воды и диссипацией их в кос-

мос. 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 во-

ды и конденсации паров, вторая — гравитационного движения

воды от выпадения дождя, фильтрации, стока воды по поверх-

ности 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 вели-

чайших достижений мысли и труда человека, в основе чего

лежит управление отдельными звеньями круговорота воды. На-

пример, в результате воздействия на почвенную влагу преобра-

зуется речной сток. Гидромелиорации — орошение и осуше-

ние— представляют собой наиболее высокие формы управле-

ния ресурсами почвенной влаги в целях создания оптимальных

условий плодородия почвы, поскольку оно зависит от обеспе-

ченности почвенной влагой. Вместе с тем в последнее время

положено начало усилению литогенного звена круговорота во-

ды путем ее магазинирования в подземных горизонтах, по су-

ществу путем создания подземных водохранилищ. В будущем,

возможно уже в первой трети следующего столетия, несомненно,

откроются пути макровоздействий на другие звенья кругово-

рота — атмосферное и океаническое.

Расширенное воспроизводство — понятие, которое я предла-

гаю ввести в теорию и практику водного хозяйства, представ-

ляет собой крупное достижение человечества, позволяющее

умножать наиболее доступные и важные для людей виды вод-

ных ресурсов (устойчивый речной сток, подземный сток, поч-

венная влага) в значительной мере за счет потенциальных

или ограниченно пригодных для использования ресурсов по-

верхностного стока и паводочных вод. Следовательно, в дан-

ном случае под расширенным воспроизводством понимается

не абсолютное увеличение водных ресурсов на Земле, а выгод-

ное для людей перераспределение их между отдельными источ-

никами.

Расширенное воспроизводство водных ресурсов, осуществ-

ляемое различными приемами их преобразования, как это по-

нятно, служит целям их использования и улучшения этого ком-

понента 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 водохозяй-

ственников. 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. Дру-

гое направление прикладной гидрологии — прогнозы состояния

гидрологического режима, которые служат для решения раз-

личных практических задач. Однако деятельность гидрологов

еще недавно почти не распространялась на планирование исполь-

зования водных ресурсов, на решение принципиальных задач

их охраны. Гидрологи, как правило, не участвовали также в ре-

шении региональных комплексных проблем. Эти задачи решали

водохозяйственники, гидротехники, санитарные врачи и другие

специалисты, а к гидрологам обращались они лишь за всевоз-

можными 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, дей-

ствительное состояние значительной части гидрологии, но сде-

ланный вывод, конечно, не распространяется на теоретические

разделы гидрологии, которые развивались самостоятельно и

полнокровно. Именно благодаря этому гидрология на протяже-

нии восьми—десяти истекших десятилетий сложилась в науку,

в основе которой лежит изучение круговорота воды и связан-

ного с ним вещественного обмена (твердый и ионный сток).

Теперь стала очевидной необходимость внимания гидроло-

гов к вопросам использования водных ресурсов и их охраны.

Гидролог, работая в этом направлении, не должен, конечно,

подменять водохозяйственников и экономистов по водному хо-

зяйству. 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 слу-

чаях. Особенно это относится к прогнозам последствий некото-

рых гидрологических преобразований, решаемых водохозяйст-

венными средствами, и, вероятно, в большей мере к тем наме-

ренным или ненамеренным гидрологическим преобразованиям

и изменениям, которые осуществляются не путем непосредст-

венного воздействия на водные ресурсы, а воздействием на

другие компоненты природы, особенно на почву и растительность.

Чрезвычайно важно заранее предвидеть все многообразие по-

следствий таких преобразований, что обычно бывает весьма

сложно, особенно когда речь идет о последствиях, отдаленных

как в цепи природных взаимосвязей, так и во времени. Для

прогнозов таких последствий необходимы глубокие знания про-

цесса круговорота, его отдельных звеньев и взаимодействия

вод с другими компонентами природы. Кроме того, требуются

знания природных особенностей водных ресурсов, а также осо-

бенностей их комплексного использования и охраны.

В последние годы для решения этих задач в гидрологии

стало четко намечаться ресурсное направление, которое соз-

дает дополнительные, более тесные связи гидрологии с водным

хозяйством. При этом желательно, конечно, чтобы это направ-

ление развивалось не стихийно, как это преимущественно было

в прошлом, а плановым порядком. Для этой цели необходима

соответствующая подготовка гидрологов ресурсного направле-

ния 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 экономи-

ческую часть. Современные специалисты по водному хозяйст-

ву чаще всего связаны с какой-либо отраслью водного хозяй-

ства — гидроэнергетикой, мелиорацией, водоснабжением, судо-

ходством. Специалистов-комплексников по водному хозяйству

еще весьма недостаточно. По этой причине требуется внимание

к подготовке водохозяйственников-комплексников, основой ко-

торой 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 оцени-

вающий 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 ис-

следование гидрологическими аспектами водных ресурсов.

Вполне естественно, что следующим шагом в этом направле-

нии является рассмотрение общих принципиальных проблем

использования и охраны водных ресурсов, которым посвящена

третья часть этой книги.

С ростом населения и развития народного хозяйства терри-

торий, плохо обеспеченных водными ресурсами, становится все

больше. Высказывается мнение о том, что близится время, ког-

да традиционные источники водных ресурсов — речные и под-

земные воды — будут исчерпаны, и что в связи с этим нужно

искать другие, отличающиеся от современных пути обеспече-

ния нужд человечества в воде.

Нельзя сказать, что подобные высказывания лишены осно-

вания. В решении важных для человека проблем использова-

ния 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 озер-

ных вод. Воды может быть много, но если она загрязнена, то

пользы от такой воды мало: ее нельзя использовать, она угро-

жает здоровью людей.

Для 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 ре-

сурсов будущего.

Такой анализ убеждает в том, что продолжение сложив-

шейся в прошлом практики водного хозяйства неизбежно при-

ведет к серьезным трудностям в деле обеспечения многообраз-

ных растущих потребностей людей в водных ресурсах.

Вместе с тем часто высказывается необоснованное мнение

о том, что нет необходимости существенно изменять современ-

ные принципы использования и охраны водных ресурсов. Из

такой предпосылки исходят, например, авторы плана использо-

вания водных ресурсов в США на 2000 г. (Ландсберг и др.,

1965), хотя по этой причине и приходят к неудовлетворитель-

ным результатам в отношении обеспечения своей страны вод-

ными 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 усложня-

ется. Чтобы предотвратить истощение водных ресурсов, требу-

ется принципиально другой подход к решению водохозяйствен-

ных проблем, отличающийся от подхода, применявшегося в

прошлом, когда задачи, связанные с удовлетворением потреб-

ностей в воде, решались сравнительно просто, так как спрос на

нее был значительно меньше.