Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее

Подождите немного. Документ загружается.

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 Зе-

ландии. Преобладающие значения валового увлажнения терри-

тории в Европе и Северной Америке составляют 400—600 мм,

а в горных районах увеличиваются до 1000 мм. Для северной

половины Азии и севера Северной Америки характерны вели-

чины 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 пер-

вом случае испарение в общем значительно, и поэтому на пи-

тание подземных вод остается относительно мало почвенной

влаги. Но в высокогорных районах испарение меньше, следст-

вием чего является существенный расход почвенной влаги на

питание подземных вод.

Последний элемент водного баланса, рассматриваемый в этой

главе,— испарение, распределение которого по территории пред-

ставлено на рис. 26. Испарение определено, как это видно из

раздела «Система уравнений водного баланса», гл. IV, по раз-

ности между осадками и полным стоком. Этот прием уже давно

применяется в гидрологии и, несомненно, дает наиболее досто-

верные результаты. Тем не менее считать этот прием вполне со-

вершенным нельзя: во-первых, из-за неточных данных об осад-

ках, особенно в районах с пересеченным горным рельефом; во-

вторых, из-за отсутствия данных о речном стоке на значитель-

ных пространствах суши. Этот пробел восполняется с помощью

интерполяционных кривых, составленных на основе структурных

зональных кривых водного баланса. По этим причинам несколь-

ко снижается точность определения испарения. Но опыт показы-

вает, 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 поч-

венного фактора — инфильтрационной и водоудерживающей ее

способности.

Помимо сказанного о роли инфильтрационной и водоудер-

живающей 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 тер-

ритории, например для выпаса скота и др. Все эти факторы, бо-

лее или менее независимые от метеорологических условий, су-

щественно 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 ис-

парение 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 расположен-

ных одно от другого полей, занятых разными культурами, ко-

леблется 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 кор-

невых систем. В настоящее время еще не существует независи-

мых от гидрологических данных приемов расчетов испарения,

которые учитывали бы все основные влияющие на него факто-

ры, принимая во внимание, что в различных зонах и ландшаф-

тах значимость отдельных из них не остается постоянной. По-

этому универсальные расчетные методы для оценки испарения,

по всей вероятности, вряд ли возможны для всей суши в

целом.

Этих принципиальных недочетов лишен гидрологический ме-

тод. Данные о речном стоке интегрируют совокупность всех фак-

торов, влияющих на испарение, в том числе и тех, которые труд-

но 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 отно-

сится к расчетным методам. Отсутствие же данных непосредст-

венных наблюдений за речным стоком по некоторым частям су-

ши 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 мето-

дов.

Применение гидрологического и расчетного методов для

больших территорий (например, для крупных стран, континен-

тов и субконтинентов) дает в общем близкие результаты, и их

обоснованность, по всей вероятности, равноценна. Но для от-

дельных небольших территорий гидрологический метод по ука-

занным 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 при-

родных и отчасти антропогенных условий. Первое место среди

них, конечно, занимают влага и тепло как основные компонен-

ты процесса испарения. Но почве, растительности, отчасти гео-

логическим 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 водно-

го баланса существенно колеблется в зависимости от многих

условий. Так, даже в пределах одного экваториального пояса

это соотношение меняется на двух континентах. В бассейне Ама-

зонки испарение приблизительно соответствует речному стоку

или немного больше, а в менее увлажненных условиях бассей-

на Конго испарение в 2—3 раза больше речного стока. В тро-

пическом 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 восточно-

приокеанических 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 снижает-

ся из-за недостатка тепла.

Что касается поправок на испарение за счет недоучета осад-

ков измерительными приборами, то для тундры они, по-види-

мому, составляют 20—25%, для лесной зоны умеренного пояса —

15—20%, а для тропического и экваториального поясов умень-

шаются 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 ха-

рактеризуются своими особенностями, о которых сказано в сле-

дующем 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 сооруже-

ний СССР, а также для Южных и Восточных Карпат (в пре-

делах 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 со-

оружения, имеющихся данных всегда бывает недостаточно, что-

бы непосредственно на их основании картографировать сток и

другие элементы водного баланса. В связи с закономерностями

географической зональности, высотной поясности, экранирую-

щей роли гор на атмосферные осадки и влажность воздуха, о

чем упоминалось выше, а также под влиянием некоторых морфо-

логических особенностей рельефа распределение элементов вод-

ного баланса по территории чрезвычайно усложняется. По этой

причине интерполяционным зависимостям элементов водного ба-

ланса от высоты принадлежит большая роль: они обогащают

представления о речном стоке и о других элементах баланса в

горах. Насколько плодотворным оказался прием построения по-

районных высотных зависимостей речного стока и других эле-

ментов 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, ос-

нованный на высотных зависимостях, возможен для Альп, Кар-

пат, Урала, Кавказа, гор Средней Азии, Алтая, отчасти для

Анд. Для других крупных горных массивов — Скалистых гор и

Гималаев — я вынужден ограничиться отдельными замеча-

ниями.

Основная особенность водного баланса горных районов сос-

тоит в том, что в их пределах водный баланс приобретает чер-

ты, отличающиеся от тех закономерностей, которые свойствен-

ны равнинным областям. Конечно, и в горах проявляются чер-

ты 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 вы-

сотных 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 улучша-

ются условия конденсации атмосферной влаги, - понижается

температура воздуха, до определенной высоты увеличиваются

осадки, меняются почвы и растительность, уменьшается испа-

рение, возрастает речной сток, увеличивается валовое увлажне-

ние территории и улучшаются условия питания подземных вод,

чему еще часто способствуют геологические и геоморфологи-

ческие особенности горных систем, в частности распространение

коллювиальных и ледниковых отложений, вулканических горных

пород.

Большую роль горы играют в экранировании осадков и вла-

гоносных воздушных циркуляций, вследствие чего склоны раз-

личных экспозиций, межгорные котловины и долины по степени

увлажненности отличаются друг от друга. Оледенение с ледни-

ковыми, снежными и фирновыми бассейнами, ледниками, спол-

зающими часто далеко за пределы снеговой линии, вносит ко-

ренные изменения в ход процессов формирования стока и вод-

ного баланса. Ледникам. и многолетним снегам принадлежит

чрезвычайно большая роль. В них часто аккумулированы огром-

ные запасы воды (льда), служащие регуляторами речного сто-

ка. 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 со-

оружениях происходит смена всех ландшафтов. Например, на

южном склоне Кавказа — от субтропиков Черноморского побе-

режья 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 балан-

са. Аналогичные изменения ландшафтов под влиянием широт-

ной зональности происходят на протяжении тысяч километров.

Эти особенности, как уже сказано, практически удается вы-

разить путем построения зависимостей речного стока и других

элементов водного баланса от высоты над уровнем моря.

Закономерности высотной поясности речного стока выраже-

ны 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, позволяю-

щий 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 пре-

делах горных речных бассейнов. Прежде всего необходимо

иметь в виду, что данные по речному стоку, относящиеся ко

всей площади речного бассейна, отличаются излишней репрезен-

тативностью в противовес недостаточной репрезентативности

метеорологических наблюдений в точке, В равнинных районах

гидрологические данные нередко характеризуют сток с водо-

163

сборов площадью в десятки тысяч квадратных километров.

В таких условиях необходимо установить закономерности рас-

пределения 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 исполь-

зовании 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 ампли-

туда 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 сред-

няя 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 же реке этот источник питания отсутствует, и сток фор-

мируется 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 упомя-

нутые выше условия экспозиции склонов и экранирования осад-

ков горами, а также влияние широтной зональности.

Все сказанное относится к любым элементам водного ба-

ланса; которые мы устанавливаем для речных бассейнов. Исклю-

чение представляют атмосферные осадки, измеряемые в точке,

и именно в горах обладающие крайне незначительной репре-

зентативностью. 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 ме-

нее 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, осад-

ков 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 поя-

са 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. ж

а лавины такого объема представляют собой нередкое явление,

может дать прибавку стока около 50 мм.

Для Альп первая зависимость стока, осадков и испарения

от высоты над уровнем моря была установлена В. Г. Шпильма-

ном в пределах верхнего течения p. Аар (Spillman, 1936). В Ин-

ституте географии АН СССР (Черногаева, 1971) сделана попыт-

ка получить такие зависимости для всего альпийского горного

сооружения. Несмотря на схематичность результатов этого ис-

следования, связанную с недостаточным объемом исходных дан-

ных 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 коли-

чество уменьшается. Возможно, что это характерно для сектора

Альп, находящегося под влиянием средиземноморских циркуля-

ций, 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 сооружени-

ях: в предгорных областях, где бассейны, питающие подземные

воды, достигают значительных размеров и где расходование во-

ды на питание подземных вод наиболее благоприятно из-за ма-

лого испарения, подземный сток достигает наибольших значений.

Выше же указанных высот подземный сток уменьшается вслед-

ствие уменьшения площади бассейнов, питающих подземные го-

ризонты. В пределе — на водоразделах — он близок к нулю. Ни-

же пояса максимального подземного стока его уменьшение за-

висит от соотношения питания подземных вод и испарения. По-

следнее растет по мере увеличения тепловых ресурсов, в резуль-

тате чего снижается питание подземных вод. Но в целом подзем-

ный сток подвержен наименьшим изменениям с высотой. Для

Альп его колебания лежат в пределах 150—500 мм; для от-

дельных 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 доли-

нами рек.

В-третьих, испарение и валовое увлажнение территории в об-

щем 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 устойчи-

вость до высот 1600— 2400 м (для разных районов), а выше

оно довольно резко уменьшается — с 800—1100 до 400 мм на вы-

сотах от 2200 до 3000 м. Напомним, что здесь высота характери-

зует среднюю взвешенную высоту речного бассейна с большим

диапазоном отметок вплоть до нивального пояса.

Закономерности элешШтов водного баланса от высоты в ру-

мынском секторе Карпат характеризуют зависимости 17—18

(стр. 106). На рис. 17 веерообразная серия кривых свидетель-

ствует об увеличении диапазона подземного стока (это относит-

ся 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 ни-

же— 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 тер-

ритории.

Д. Лэзэреску и И. Панаит («Monografia geografica», 1960)

в период совместных советско-румынских географических иссле-

дований применили принцип единства районов. Однако результа-

ты исследования И. Уйвари в общем мало отличаются от ре-

зультатов, опубликованных в указанной монографии. Интересно,

что эти зависимости позволили установить весьма сложную кар-

тину распределения стока и других элементов водного баланса

в Карпатах. Каждая из крупных речных долии и каждый водо-

раздел характеризуются показателями" водного баланса, отли-

чающимися от окружающей местности. В наиболее высокой час-

ти Южных Карпат коэффициенты питания рек подземными во-

дами превышают 0,8, максимальные значения: подземного стока

достигают 400 мм, а полного стока -—свыше 1000 мм. У подно-

жия 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, испаре-

ние—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 экра-

нирующее влияние гор на осадки в Восточных Карпатах.