Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее

Подождите немного. Документ загружается.

прогресса в использовании и преобразовании водных ресурсов,

предела которого не существует. Несомненно, будут найдены

пути более рационального использования водных ресурсов, бо-

лее совершенного управления круговоротом воды, еще более

широкого перевода отраслей промышленности на «сухую» техно-

логию. Тогда преобразованный водный баланс позволит

обеспечить водой еще большее население земного шара.

Возникнет ли такая ситуация, когда все возможности обе-

спечения водой будут исчерпаны и недостаток водных ресурсов

будет лимитировать дальнейший рост населения и дальнейшее

развитие экономики? Нет, не возникнет. Напомним о возможно-

стях дальнейшего прогресса в методах использования водных

ресурсов и их преобразования, что нужно рассматривать как

весьма серьезный резерв, учитывая который, может быть, и не

потребуется (во всяком случае в пределах десятилетий) исполь-

зование других источников водных ресурсов. Но в дальнейшем

если человечество полностью использует традиционные водные

ресурсы, то остаются еще другие источники водных ресурсов,

к массовому использованию которых еще не придется в боль-

ших масштабах прибегать в ближайшие десятилетия. Речь идет

об опреснении морских вод и глубинных подземных рассолов, а

также об использовании водных ресурсов полярных ледников.

В дальнейшем по мере развития техники опреснения и по

мере роста энергетической вооруженности этот метод обеспече-

ния водой будет, конечно, применяться шире, но в ближайшие

десятилетия лишь в тех местах, где нельзя получить воду дру-

гими путями, но отнюдь не как массовый источник умножения

водных ресурсов.

Нам представляется важным еще и другое, может быть,

более существенное соображение. Водных ресурсов в ближай-

шие десятилетия вполне хватит для всех целей, если и не при-

бегать к массовому опреснению, но при условии прекращения

сброса в реки сточных вод и при проведении ряда других мер,

освещенных в предыдущих разделах.

На основании прогноза, который в рамках до 2000 г. осно-

ван не только на научных предположениях, а исходит из уже

зародившихся тенденций, следует, что человечеству не угрожа-

ет водный кризис, что нет оснований бить тревогу о катастро-

фе, якобы неизбежной в связи с проблемой обеспечения водны-

ми ресурсами быстро растущего населения и экономики. Этот

оптимистический вывод основан на научном анализе современ-

ного состояния использования и охраны водных ресурсов и тех

изменений, которые следует ожидать в будущем. Однако

следует решительно возразить тем, кто этот принципиальный

вывод может понять как призыв к беспечности в таком жизнен-

но важном деле, каким является проблема воды. Нежелатель-

ных явлений, связанных с использованием водных ресурсов,

можно избежать, применяя другие, более совершенные прин-

ципы, специально нацеленные на предотвращение водного

кризиса.

Об этих принципах, представляющих важные элементы

водной технической политики, которой, как мне представляется,

целесообразно следовать при планировании мер по использо-

ванию и охране водных ресурсов, было сказано выше. Главные

из этих принципов следующие.

1. С точки зрения сохранения и улучшения водного компо-

нента среды, окружающей людей, а также сохранения и повы-

шения продуктивности биосферы необходимо в водохозяйствен-

ный баланс включать то количество речных вод (речного сто-

ка), которое при сбросе сточных вод в реки и водоемы расхо-

дуется на их разбавление до состояния, пригодного для обез-

вреживания нечистот, содержащихся в сточной воде. Эта мера

послужит одной из существенных предпосылок для решения

важнейшей для условий будущего задачи — прекращения сбро-

са сточных вод в реки и водоемы.

2. Отказ от использования рек, озер, водохранилищ в каче-

стве объектов обезвреживания сточных вод. С этим связана

ориентировка на прекращение сброса каких-либо очищенных

или неочищенных сточных вод в источники водных ресурсов.

С осуществлением этой исключительно важной меры связан

переход промышленных предприятий на «сухую» технологию и

оборотное водоснабжение. Что же касается сточных вод, обра-

зующихся при хозяйственно-питьевом водоснабжении, то боль-

шую их часть целесообразно повторно использовать после

очистки в промышленности и направить на орошение земле-

дельческих полей.

3. В основе использования и охраны водных ресурсов дол-

жен лежать комплексный принцип.

4. Дальнейшее преобразование круговорота воды в необхо-

димом людям направлении (речного, почвенного и подземного

звеньев) путем регулирования речного стока водохранилищами,

умножения ресурсов почвенной влаги за счет поверхностного

стока, магазинирования подземных вод — создания подземных

водохранилищ; по мере необходимости следует также развивать

опреснение морской воды и изучать возможность использования

вод полярных ледников.

5. Размещение населения и хозяйства в соответствии с рас-

пределением по территории водных ресурсов. Однако надо

иметь в виду, что в будущем все большее значение будет при-

обретать транспортирование воды на большие расстояния.

Чрезвычайно важно всю совокупность потребностей в воде

данного района, страны или субконтинента привести в соответ-

ствие с имеющимися водными ресурсами, учитывая при этом

возможности расширенного воспроизводства водных ресурсов.

6. Необходимо уделять должное внимание проблемам эко-

номики использования и охраны водных ресурсов, установить

цену на воду и, что особенно важно, в качестве временной меры

до прекращения сброса взимать плату за сброс сточных вод

в реки, дифференцируя ее в зависимости от степени загряз-

нения.

7. Наконец, охрана водных ресурсов от качественного и ко-

личественного истощения должна явиться всенародным делом:

нужно с детского возраста людям прививать любовь к природе.

Осуществление намечаемой программы связано с решением

многих весьма сложных научных, технических, экономических

и организационных вопросов. Вот почему проводить ее в жизнь

необходимо постепенно, но с целенаправленной ориентацией на

перспективу.

В настоящее время охрана водных ресурсов венчает процесс

их использования. Функции охраны вступают в действие вместе

с появлением сточных вод, тогда как они должны осущест-

вляться в процессе использования и носить профилактический

характер. В самой схеме и в технологии использования водных

ресурсов должны быть заложены принципы охраны. Охрана,

ограничивающая или запрещающая использование водных ре-

сурсов, т. е. охрана как надстройка к использованию, не долж-

на быть основным принципом.

Необходимо коренным образом изменить отношение к воде

как к неограниченному, неистощаемому дару природы. Вода —

сырье, требующее исключительно бережного отношения, пото-

му что она не имеет замены.

Имеющиеся на Земле водные ресурсы должны вечно обеспе-

чивать потребности человечества в воде. И это разрешимая

задача, если учесть, что величайший процесс круговорота воды

обеспечивает вечное возобновление водных ресурсов. Вместе с

тем круговорот воды, как мы увидим, поддается управлению

в довольно значительных масштабах, а это в еще большей мере

способствует разрешению проблемы удовлетворения растущих

потребностей в воде.

Чрезвычайно важно, что комплекс мер, намеченных в этой

книге, и в том числе основную из них — прекращение сброса

сточных вод в реки и водоемы, по всей вероятности, возможно

осуществить ценою меньших затрат, чем те, с которыми связана

ориентировка на очистку сточных вод перед сбросом их в реки.

Но главное заключается в том, что предлагаемые пути позво-

лят более эффективно обеспечить охрану водных ресурсов,

улучшить водный компонент среды, окружающей человека.

В заключение следует напомнить, что метод перспективного

прогноза, широко использованный в этой работе, служит для

создания модели, позволяющей «примерить» разные варианты

использования и охраны природных ресурсов к условиям буду-

щего. Эта «примерка» показывает, что перспективный план

развития водного хозяйства не может опираться только на

количественный рост показателей развития. Требуются также

существенные качественные изменения, т. е. изменения прин-

ципов использования и охраны водных ресурсов.

Большую роль играет обеспечение биосферы необходимым

количеством воды в целях оптимизации производства расти-

тельной массы в лесах, на лугах и пахотных землях. Управле-

ние биологическими процессами в водных массах — в реках,

озерах и водохранилищах — диктуется также требованиями по-

вышения рыбной продуктивности вод суши, восстановления и в

дальнейшем умножения осетровых и лососевых рыб, издавна

получивших в народе название «красной» рыбы не столько за

цвет, сколько за высокие вкусовые качест'ва. Нужно, наконец,

иметь в виду, что полезная для людей высокая биологическая

продуктивность рек и водоемов, особенно высокая рыбная про-

дуктивность, служит надежным показателем их чистоты. Решая

проблему 'водного компонента среды, мы одновременно в ка-

кой-то мере решаем и проблему биосферы, биологического ком-

понента природной среды.

В практической работе водного хозяйства часто резко раз-

граничиваются проблемы использования и охраны водных ре-

сурсов, иногда рассматриваются как самостоятельно и незави-

симо друг от друга решаемые проблемы. Все сказанное в VIII

и IX главах показывает, что такой подход лишен оснований.

Невозможно решать проблему охраны водных ресурсов неза-

висимо от их использования. Основные пути охраны должны

быть заложены в процессе использования. Только таким путем

возможно переориентировать охрану и заложить в ее основу

принципы профилактики. Главное направление охраны —борь-

ба с причинами загрязнений, а не с последствиями, что часто

практикуется в хозяйственной работе.

ГЛАВА X

ПУТИ УПРАВЛЕНИЯ

КРУГОВОРОТОМ воды

ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ

Преобразования хозяйственного звена круговорота воды,

которым посвящена предыдущая глава, — чрезвычайно важ-

ный элемент в цепи тех мер, которые необходимы для предот-

вращения истощения водных ресурсов. Но одних этих мер недо-

статочно. Для того чтобы (водные ресурсы всегда обеспечивали

нужды человечества, требуется преобразование круговорота

воды в необходимом человеку направлении.

С первого взгляда может показаться, что на грандиозный

процесс круговорота воды человек эффективно воздействовать

не может. В действительности же ряд элементов круговорота

поддается управлению, изменяется в необходимом людям на-

правлении.

Наиболее трудно воздействовать на океаническое и атмо-

сферное звенья круговорота воды. Управление течениями океа-

на пока еще неосуществимая задача. Однако со временем чело-

век, несомненно, сумеет изменять направления морских течений

в целях улучшения климата крупных частей суши. Техника смо-

жет справиться с решением этой проблемы, но гораздо сложнее

заранее предвидеть все последствия, которые могут быть вызва-

ны изменением океанических течений. Так, например, по поводу

разработанного П. М. Борисовым (1962) интересного проекта

ликвидации льдов в Северном Ледовитом океане и отепления

Арктики путем интенсификации северной ветви Гольфстрима

высказывается предположение о том, что под влиянием этих

мер может уменьшиться количество атмосферных осадков в

умеренном поясе Евразии. Если это так, то отепление Арктики

будет сопровождаться крайне опасным явлением иссушения и

без того недостаточно увлажненной территории. Наука пока не

может уверенно предвидеть подобные последствия.

Преобразование климата путем непосредственного воздейст-

вия на атмосферные макропроцессы, циркуляцию воздуха, пере-

нос атмосферной влаги, на ее конденсацию — также проблема

будущего. В настоящее время на атмосферу оказывается лишь

некоторое влияние местного характера. Для воздействия на нее

в таких масштабах, чтобы это существенно сказалось на кру-

говороте воды, на таких изменениях климата, которые могли

бы повлиять на состояние и увеличение водных ресурсов, по-

требовались бы огромные затраты энергии. Однако в будущем,

несомненно, удастся преодолеть трудности, связанные с управ-

лением круговорота воды путем воздействия на атмосферные

макропроцессы.

Но и в настоящее время уже широко применяются меры

искусственного воздействия на процессы влагообмена в при-

земном слое воздуха. Для этого преобразуют характер подсти-

лающей поверхности, например, путем создания лесонасажде-

ний. Системы полезащитных лесных полос повышают шерохо-

ватость местности, оказывают влияние на движение воздуха на

высотах до нескольких сот метров и в какой-то мере увеличи-

вают вероятность конденсации атмосферной влаги и выпадения

осадков.

Воздействие на почвенный покров и растительность позво-

ляет существенно преобразовать наземное и почвенное звенья

круговорота. Самый древний способ — орошение; оно улучшает

местный водный баланс и позволяет выращивать сельскохозяй-

ственные культуры в пустыне или полупустыне, где в естествен-

ных условиях земледелие невозможно. Неорошаемое земледе-

лие, осушение местности, вырубка и посадка лесов часто позво-

ляют глубоко изменять местный круговорот воды, регулиро-

вать местный водный баланс. Регулирование испарения с па-

хотных земель, усиление транспирации за счет снижения непро-

дуктивного испарения позволяют повысить урожаи в засушли-

вой зоне.

Преобразующее воздействие человека на подземное звено

круговорота воды пока еще сравнительно невелико. В будущем

усиление литогенного звена круговорота воды путем искусст-

венного магазинирования подземных вод будет, очевидно, ин-

тенсивно развиваться, а со временем все питьевое и бытовое

водоснабжение, несомненно, перейдет на использование искус-

ственно питаемых подземных вод, что по существу представ-

ляет собой создание подземных водохранилищ. Такая мера не-

обходима, поскольку поверхностные воды — реки и озера —

все больше загрязняются сточными водами городов и промыш-

ленных предприятий, и полностью избавиться от последствий

этих загрязнений очень трудно.

Эпиграфом «разделяй и властвуй» сопроводил замечатель-

ный русский ученый А. И. Воейков свою работу (1894-а), имея

в виду, что человеку трудно преобразовать природу в целом, но,

воздействуя на ее отдельные части, можно преобразовать при-

родные явления или объекты. Идея «разделяй и властвуй» в

деле преобразования природы в какой-то мере остается в силе

и в настоящее время, но за истекший полувековой период мир

претерпел крупные социальные и технические изменения, в

результате которых стало доступно преобразование природы и

отдельных элементов круговорота воды в большом масштабе.

Примерами могут служить мощные каскады водохранилищ на

Волге, Каме, Днепре, Ангаре, Колорадо, Миссури и на многих

других реках. Регулирование речного стока водохранилищами

было рассмотрено в разделе, посвященном водному балансу

материков. Созданы крупные судоходные и оросительные кана-

лы, изучается переброска вод северных рек в Каму и Волгу и

вод западносибирских рек в Среднюю Азию и т. п.

Наряду с гидротехническими мерами большого масштаба

водный режим рек, а следовательно, и наземное звено кругово-

рота воды преобразуются также и в результате воздействия на

почву и растительность. В частности, сельскохозяйственная

обработка земель изменяет инфильтрационную способность поч-

вы, и если она производится на больших площадях, то преоб-

разует водный баланс всей территории и режим рек, располо-

женных в ее пределах.

Размеры преобразований водного баланса и режима рек

оценены, для всего земного шара (и то лишь приближенно) отно-

сительно водорегулирующего действия водохранилищ. Другие

способы воздействия на гидрологический режим не обобщены,

и в гидрологической и водохозяйственной литературе содержат-

ся о них лишь отрывочные сведения. По этой причине при осве-

щении этой проблемы я вынужден ограничиться отдельны-

ми примерами, воспользовавшись в основном результатами об-

стоятельных исследований преобразований водного баланса

СССР.

В отличие от преобразований гидрологического режима гид-

ротехническими средствами, осуществляемых путем воздействия

на речной поток, преобразования водного баланса почвенного

происхождения осуществляются в начальной стадии гидроло-

гического процесса, до попадания воды в гидрографическую

сеть. Эти два направления преобразований, как вполне понят-

но, принципиально различны: для того чтобы воздействовать

на мощный речной поток, требуются сложные гидротехнические

сооружения, вторая же группа антропогенных гидрологических

преобразований складывается в результате массового примене-

ния относительно простых приемов обработки почвы, агролесо-

мелиоративных мер и эксплуатации лесов. Преобразования гид-

ротехническими средствами чаще всего весьма заметны и, как

правило, заранее планируются. Преобразования водного балан-

са почвенного происхождения, напротив, обычно малозаметны.

Для их выявления требуется применение специальных, доволь-

но тонких приемов, основанных на экспериментальных исследо-

ваниях.

Изменения водности рек под влиянием хозяйственной дея-

тельности сочетаются с колебаниями водности естественного

происхождения. Размеры и интенсивность антропогенных изме-

нений больше естественных вековых колебаний, но масштаб

годовых циклических колебаний стока несоизмеримо больше

антропогенных. Резкие циклические колебания вуалируют и за-

трудняют выявление антропогенных.

Чрезвычайно интересно и важно учитывать различную на-

правленность почвенно-гидрологических преобразований в зави-

симости от уровня хозяйства, в значительной мере — от соци-

альных факторов. Так, в отдаленном прошлом при первичной

распашке территории, а потом в результате применения прими-

тивных приемов земледелия и уничтожения лесов (замены их

пашней) инфильтрационная способность почвенного покрова

уменьшалась, следствием чего было усиление поверхностного

стока и увеличение паводков, ослабление питания подземных

вод, уменьшение меженного стока. В целом гидрологический

режим ухудшался, что прежде оценивалось как обмеление рек.

Действительно, оно происходило в межень, а сток весеннего

половодья усиливался. В связи с этим происходило и увеличе-

ние общего годового стока, хотя такое увеличение носило в це-

лом неблагоприятный характер, особенно если учесть, что такая

направленность изменений поверхностного стока послужила

причиной резкого усиления эрозионных процессов — смыва

почвы и образования оврагов.

Совершенно иной, противоположный характер носят измене-

ния речного стока под влиянием более рационального и продук-

тивного земледелия. По мере усовершенствования механизиро-

ванной обработки почвы повышается ее инфильтрационная спо-

собность, а это влечет за собой целый ряд преобразований ре-

жима рек: поверхностный сток в той или иной степени перево-

дится в почву, паводки становятся меньше, усиливается пита-

ние подземных вод и питание рек в период межени. В условиях

недостаточного и переменного увлажнения, т. е. в условиях, ког-

да испарение более или менее существенно отличается от испа-

ряемости, аккумуляция воды в почве весной происходит в таких

существенных размерах, что за счет уменьшения весеннего сто-

ка происходит уменьшение и годового речного стока. Но такой

характер изменений стока благоприятен, поскольку уменьше-

ние годового стока происходит за счет наименее ценной его

части — паводочного. Чрезвычайно важно также и то обстоя-

тельство, что вода, недополученная реками, выполняет более

важную функцию: расходуется на образование растительной

массы — сельскохозяйственных продуктов. Такая форма ис-

пользования воды является наиболее прогрессивной и по своему

значению в жизни человека и приближается к столь важным

формам потребления воды, как вода для питья и приготовления

нищи.

Современные естественные науки — физическая география,

биология, геоморфология, климатология, гидрология — за ис-

текшие десятилетия несоизмеримо выросли и способствуют бо-

лее полному пониманию законов природы, предвидению бли-

жайших и отдаленных последствий деятельности человека. Но

вместе с тем стало весьма сложным и многообразным взаимо-

действие человека с природой, поэтому возросли и требования

к науке.

Задачи науки не ограничиваются констатацией тех преобра-

зований, которые осуществлены или ожидаются в результате

хозяйственной деятельности. Более важной и более сложной

задачей является развитие метода активного воздействия на

круговорот воды и водный баланс. Некоторых из этих вопросов

мы коснемся ниже.

Из трудов, посвященных общим и теоретическим проблемам

преобразований природы, и в частности некоторым гидрологи-

ческим преобразованиям, желающим ознакомиться с этими воп-

росами подробнее можно рекомендовать работы И. П. Гераси-

мова (1952, 1967) , работы автора, специально посвященные пре-

образованиям водного баланса и режима рек (Львович, 1950-а, б,

1952, 1960-6, 1963, 1967-в, 1969, 1971-6; Lvovich, 1973-а), а так-

же книгу «Водный баланс СССР и его преобразования» (1969).

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РЕЖИМА РЕК ВОДОХРАНИЛИЩАМИ

Конечный водорегулирующий эффект мировых водохрани-

лищ объемом свыше 100 млн. м

каждое охарактеризован в гл.

VII (см. табл. 26 на стр. 278): с помощью водохранилищ, как

мы видим, мировой устойчивый сток увеличен на 1860 км

/год,

или на 15%, в том числе в Советском Союзе — на 280 км

/год,

или почти на 28%- Очень высока водорегулирующая способ-

ность водохранилищ Северной Америки (26%) и Африки (27%).

Меньше водорегулирующая способность водохранилищ Европы,

причем основную роль играют огромные водохранилища на Волге,

Днепре, Дону и в нижнем течении Дуная (Железные Ворота).

Водохранилища Азии способны зарегулировать наибольший аб-

солютный объем (1250 км

) в сравнении с другими частями

света, но относительно подземного стока эта величина состав-

ляет 16%. Речной сток в Австралии (с Тасманией, Новой Гви-

неей и Новой Зеландией) зарегулирован на 7,5%, а в Южной

Америке — на 4,2%.

Хочется подчеркнуть, что это весьма высокое достижение —

один из крупных элементов технической революции, особенно

если учесть, что значительная часть больших водохранилищ

мира создана в течение последних двух десятилетий, хотя иног-

да этот успех недооценивается. Действительно, он достигнут не

без издержек, часть из которых неизбежна. Конечно, водохра-

нилища нельзя создавать без затопления земель, но иногда от

чрезмерны за счет мелководий, недостаточно эффективных как

в смысле водорегулирующего действия, так и использования

земель. Для уменьшения этой отрицательной стороны водохра-

нилищ ведется обвалование и на многих из них сооружаются

дамбы, отделяющие мелководные участки и позволяющие более

эффективно использовать земельные ресурсы.

Чрезвычайно серьезен вопрос о подтоплениях, связанных с

созданием водохранилищ, особенно в условиях избыточного ув-

лажнения. Анализируя причины заболачивания в Западной Си-

бири, И. П. Герасимов (1967) подчеркивает нецелесообразность

устройства подпорных плотин в нижнем течении Иртыша и Оби.

Плотины в этих районах могут в еще большей степени усилить

и без того чрезвычайно распространенное здесь заболачивание.

В тех случаях, когда это экономически оправданно, создание

водохранилищ в таких условиях необходимо, по-видимому, соп-

ровождать сооружением мелиоративных систем типа польде-

ров — участков, отделенных от водохранилища дамбами, с ме-

ханической откачкой воды из зоны, находящейся ниже уровня

водохранилищ.

Одно из существенных преобразований — повышение уров-

ня подземных вод в зоне влияния водохранилищ. В засушли-

вых условиях это явление в ряде случаев может иметь положи-

тельное значение, но в переувлажненных районах — чаще все-

го отрицательное.

К числу издержек относятся также потери воды на испаре-

ние. В связи с тем что с территории, затопляемой водохранили-

щами, испаряется меньше воды, чем с поверхности воды, то та-

кие потери неизбежны. Сейчас, по приближенным расчетам, на

всех водохранилищах мира они достигают 160 км

/год. Но этот

объем составляет менее 10% водорегулирующей емкости водо-

хранилищ, следовательно, выгода от них намного превышает и

эту издержку. Следует, кроме того, учесть, что потери с водо-

хранилищ на испарение происходят не за счет самой ценной

части водных ресурсов — устойчивого стока, а преимущест-

венно за счет менее ценных паводочных вод, которые аккуму-

лируются в водохранилищах.

В будущем потери воды на испарение с водохранилищ воз-

растут приблизительно до 500 км

/год, при общей их эффектив-

ности более высокой, чем современные водохранилища. Други-

ми словами, площадь водохранилищ на единицу регулируемого

объема должна быть ниже современной.

К отрицательному действию водохранилищ, как было уже

отмечено в гл. IX, относятся препятствия, которые создают пло-

тины для проходных рыб. Но и этот ущерб отнюдь не являет-

ся неизбежным, так как главным образом связан с некомплекс-

ным решением проблемы. Строительству плотин должно пред-

шествовать создание мощных предприятий по рыборазведению,