Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее

Подождите немного. Документ загружается.

так как он не только устраняет неблагоприятное явление, но

вместе с тем и повышает продуктивность земледелия и прино-

сит пользу людям.

Санитарная, агрономическая и техническая стороны приме-

нения сточных вод для орошения разработаны эксперименталь-

но и проверялись в течение многих лет в производственных ус-

ловиях. Экономическая эффективность этой меры весьма высо-

ка. Таким образом, большее зло, которое представляют сейчас

сточные воды, может быть исключено. Их использование в

сельском хозяйстве решает важную проблему водного компо-

нента среды, и притом не только избегая «еокупаемых затрат,

но и извлекая из этой меры экономическую пользу.

Именно в этом заключается основной путь предупреждения

качественного истощения водных ресурсов, (поддержания в бла-

гоприятном для людей состоянии одного из важных элемен-

тов природной среды.

Но наряду с этой главной мерой стоит целый ряд других

задач. К их числу, например, относится экономия воды. Эта

проблема частично освещена в связи с расходованием воды в

промышленности. Причем период интенсивного развития хими-

ческой промышленности до недавнего времени характеризовал-

ся резким увеличением расходования воды на единицу продук-

ции. Возьмем лишь один характерный пример, иллюстрирующий

эту тенденцию. Если на 1 т хлопчатобумажных тканей требу-

ется 10—15 ж

воды, то на 1 г синтетических—2500—4000 м

Но в последние годы стала намечаться вполне отчетливая об-

ратная тенденция, которую я иллюстрировал выше на примере

нефтеперегонной промышленности: новые нефтеперерабатываю-

щие заводы в СССР в ближайшие годы перейдут фактически

на «сухое» производство. Они не будут требовать расходования

воды, но главное, не будут давать отходов в виде сточных вод.

Эта чрезвычайно важная тенденция ясно наметилась, но тре-

буются, конечно, дальнейшие активные меры по снижению во-

доемкости промышленного производства.

Сложнее, но не менее важно решать эту задачу для сель-

скохозяйственного производства. В гл. IX было показано, что

орошаемое земледелие в засушливых зонах относится к числу

наиболее водоемких отраслей хозяйства. На производство оро-

шаемых зерновых культур здесь требуется в 4—5 раз больше

воды на единицу продукции, чем на неорошаемых землях, или

еще более,'чем на мелиоративных системах двойного действия,

создаваемых в районах избыточного, отчасти и оптимального

увлажнения. По этой причине в условиях будущего в странах

умеренного пояса центром производства зерна и кормовых

культур должна оставаться лесостепная зона, и в число высо-

коурожайных областей должна быть вовлечена более увлаж-

ненная лесная зона умеренного пояса, а орошаемое земледелие

в основном должно давать те продовольственные и технические

S = 20300 и = 17000

Рис. 46. Схема мирового водного баланса суши и хозяйственного звена круговорота воды. Прогноз на 2000 г —

второй вариант

. Ресурсы неустойчивого паводочного стока. 2. Ресурсы устойчивого стока. 3. Безвозвратный расход воды. 4 Сточные и загрязненные

речные воды. 5. Возвратные воды после орошения. 6. Замкнутое оборотное водоснабжение

Загрязненные

культуры, производство которых требует высоких тепловых ре-

сурсов (например, как в Средней Азии и в Закавказье).

На рис. 46 приведена схема второго варианта прогно-

за материкового, преобразованного и хозяйственного звеньев

круговорота воды на'2000 г., основанного на перечисленных бо-

лее рациональных принципах, требующих существенной (пере-

ориентации. Прогноз по второму варианту, предусматривающий

полное прекращение сточных вод в реки и водоемы, возможно, в

какой-то мере идеализирован, о чем уже говорилось в гл. IX.

Это, например, относится к некоторым районам Земли, где

природные условия (высокая водность рек), с одной стороны,

а также густота населения и степень развития промышленнос-

ти— с другой, не требуют строгого соблюдения некоторых но-

вых принципов. Но они обязательны в густонаселенных и эко-

номически освоенных районах. В связи с этим соображением

было высказано предположение, что в 2000 г. состояние водно-

го хозяйства в целом будет находиться между первым (рис. 45)

и вторым (рис. 46) вариантами прогнозов, но чрезвычайно важ-

но стремиться к осуществлению комплекса мер, возможно более

близкого к тем, которые предусмотрены вторым вариантом. Та-

кова одна из важных задач, стоящих перед человечеством, и к

ее разрешению необходимо стремиться самыми активными сред-

ствами.

Не существует легких, простых путей решения водной про-

блемы. Это прежде всего не одна мера и не единичные меры,

слабо увязанные между собой, а комплекс целенаправленных

мер, которые должны быть строго скоординированы между со-

бой. Они должны соответствовать современным требованиям,

предъявляемым людьми к природной среде, и учитывать усло-

вия будущего, что исключительно важно в связи с невозмож-

ностью быстрой переориентации в этом деле. Просчеты, допус-

каемые сейчас, могут сказаться в будущем в многократном

размере и потребовать гораздо больших усилий, чем при за-

благовременном нацеливании проводимых мер на решение оп-

ределенных задач.

В связи с важным значением перспективных прогнозов сле-

дует подчеркнуть подход к решению этой проблемы, который я

считаю наиболее реальным и приемлемым. Перспективный

прогноз, как следует из всего сказанного в гл. VIII и IX, слу-

жит для постановки главных перспективных задач применитель-

но к условиям будущего, из которых вытекает программа со-

временных мер, а также мер, подлежащих осуществлению в

ближайшей перспективе.

Перспективные прогнозы, составляемые на два—четыре де-

сятилетия, требуют систематического (например, каждые пять—

десять лет) уточнения в соответствии с новым опытом и прог-

рессом в целом. Чем больше заблаговременность перспективно-

го прогноза, тем более общий характер должны иметь наме-

чаемые задачи и принципы. Одинаковая или почти одинаковая

степень детализации пятилетнего плана, который составляет-

ся в конкретных показателях, и прогноза на более отдаленную

перспективу не может привести к положительным результа-

там. В таких прогнозах детали перегружают его подробностя-

ми, «затеняющими» главные принципы, поиски которых явля-

ются основной их задачей. Прогнозы использования и охраны

водных ресурсов, предложенные мной для земного шара и для

СССР (Львович, 1969, 1972-6; Lvovich, 1973-а; Львович и Ко-

ронкевич, 1971), не претендуют на большее. Основное в них —

тенденции развития водного хозяйства, вытекающие из задач

сохранения и улучшения водного компонента среды.

Нельзя сказать, что экономическая сторона проблемы в тех

направлениях, в которых она освещается 'в этой книге, решена.

Но вместе с тем вполне определенно выявляется непосредствен-

ная экономическая оправданность и эффективность предлагае-

мых мер, не говоря уже о санитарном и моральном факторах—со-

хранении и улучшении среды. Принципы охраны в процессе

использования водных ресурсов и повторного использования

сточных вод открывают возможности окупаемости затрат в про-

тивовес современным мерам охраны, которые в основном огра-

ничиваются экономически неокупаемой очисткой сточных вод

при более низкой санитарной эффективности этого мероприя-

тия. Детальная разработка экономических вопросов этой проб-

лемы— дело непростое, но в пользу положительных решений

говорят полученные выводы (см. гл. VIII).

К числу крупных и важных разделов комплекса вопросов,

составляющих проблему водных ресурсов, относится их расши-

ренное воспроизводство. Оно должно осуществляться на основе

целенаправленного преобразования этих ресурсов. Что в бу-

дущем необходимо предвидеть по этой проблеме? Во-первых,

как показывает опыт и поскольку можно предвидеть состояние

водных ресурсов на несколько десятилетий вперед, наиболее

важную роль в расширенном воспроизводстве водных ресур-

сов, которая заключается в умножении наиболее ценной устой-

чивой части речного стока за счет паводочного стока, как и сей-

час, будут играть водохранилища. Вместе с тем поверхностные

водохранилища нуждаются в рационализации, с тем чтобы на

каждый кубометр регулируемого стока затапливалось минимум

площади и давалось максимум биологической продукции.

Далее, потребуется некоторая переориентировка размещения

водохранилищ, учитывая, что они должны служить не толь-

ко гидроэнегетическим целям, но и орошению. Необходимо

усиление их роли как источников водоснабжения и как регу-

ляторов паводков, как водоемов, улучшающих природную сре-

ду для людей, проживающих в городах. Но для достижения

этой цели требуется другой подход в размещении водохрани-

лищ, о чем более подробно сказано в X главе.

Существенным средством преобразования водных ресурсов

явятся подземные водохранилища, полезная емкость которых в

начале будущего столетия станет, вероятно, соразмерной с по-

лезным объемом поверхностных водохранилищ. Уже сейчас на

земном шаре действуют сотни подземных водохранилищ, но

XXI столетие, несомненно, станет веком подземных водохрани-

лищ, создаваемых путем механической закачки паводочных реч-

ных вод. Их преимущество вполне очевидно — огромная регу-

лирующая способность, экономия земельных ресурсов, предо-

хранение воды от испарения и, что особенно важно, изоляция

от загрязнений. В связи с перспективами роста подземных во-

дохранилищ требуется чрезвычайная осторожность в захороне-

нии сточных вод и вообще загрязнений подземных горизонтов.

В третьей четверти текущего столетия было положено нача-

ло крупным переброскам воды из районов, где она в избытке,

в районы, бедные водой или лишенные водных ресурсов. Неко-

торые из проектов уже осуществляются (например, Каракум-

ский канал), много грандиозных по своему масштабу проектов

находятся в стадии изучения. Им, несомненно, принадлежит

значительное будущее, и еще до конца текущего столетия не-

которые из каналов, по-видимому, начнут действовать. Однако

значение перебросок воды, их доля в естественном и хозяйст-

венном звеньях круговорота воды нередко, как мне кажется, пе-

реоцениваются. Об этом более подробно сказано в гл. X. Здесь

уместно подчеркнуть, что любые переброски воды значительно-

го масштаба следует осуществлять на основе рационального ис-

пользования местных водных ресурсов, его высоких к.п.д. Это

важно в связи с тем, что переброска воды на значительные рас-

стояния связана с большими капитальными и эксплуатацион-

ными (механические перекачки) расходами. Поэтому важно,

чтобы дорогостоящая транспортируемая вода, особенно при

применении механической перекачки, использовалась наи-

более эффективно, иначе неизбежны значительные потери и не-

оправданные затраты.

Следует еще учитывать, что, принимая во внимание нали-

чие многих тысяч кубокилометров пресной воды и огромный

расход их, также выражающийся в тысячах кубокилометров, в

отдаленной перспективе масштабы речного -стока, доступного

для перебросок, не так уж велики. Это лишний раз подчеркива-

ет необходимость серьезного внимания предельно рационально-

му использованию переброшенных вод, но говорит также и о

том, что кладовая доступных для переброски вод относительно

не так уже велика и поэтому позволит решать в общем доволь-

но ограниченные проблемы. Вот почему проекты перебросок во-

ды нуждаются в особо тщательном изучении, должны рассмат-

риваться как резерв, к использованию которого следует прибе-

гать в самых крайних случаях, т. е. когда весьма важную проб-

лему невозможно решить другим путем.

Второй важный комплекс преобразований — агролесогидро-

мелиорации. Но поскольку они в основном направлены на по-

вышение продуктивности производства биомассы — сельскохо-

зяйственных культур и лесов, постольку необходимо предвидеть

четко наметившуюся тенденцию роста расходования воды не-

орошаемым земледелием, особенно в районах недостаточного и

переменного увлажнения. В связи с этой проблемой стоит за-

дача умножения ресурсов почвенной влаги в таких районах и

постановка правильного систематического учета расходования

воды растительностью. Для решения этой задачи применитель-

но к пахотным землям и продуктивным лугам и лесам, расхо-

дующим больше воды, чем все виды водоснабжения, требуется

постановка специальных экспериментальных гидрологических

исследований, получивших к настоящему времени развитие

лишь в СССР и в некоторых других странах, что недостаточно

для решения проблемы в масштабе земного шара.

Для того чтобы сохранять, а в необходимых случаях уси-

ливать роль лесов как регуляторов воды, что происходит в ре-

зультате высоких инфильтрационных свойств лесных почв и по-

вышенного благодаря этому питания подземных вод, требуется

особый режим эксплуатации лесов. С этим связано применение

специальных механизмов для рубок и трелевок леса, предохра-

няющих лесные почвы от уплотнения и поранения.

Проблема взаимосвязи воды, почвы и растительности исклю-

чительно важна не только потому, что с нею связан основной

источник пищи для людей. Растительность служит благопри-

ятной средой для людей, является источником восполнения кис-

лорода — столь важного процесса для жизни людей и живот-

ных. По этой причине расходование воды на транспирацию яв-

ляется наиболее высокой формой использования водных ресур-

сов. Ограничение расходования воды желательно и возможно

в любой отрасли хозяйства, но только не для непосредственных

потребностей людей и не для столь важного для жизнедеятель-

ности растений процесса, каким является транспирация. Но и

в этом процессе возможна некоторая экономия воды. Правда,

при современных средствах возможности такой экономии огра-

ниченны. Все же в степной и лесостепной зонах СССР с помо-

щью систем полезащитных лесонасаждений удается снизить не-

продуктивное испарение на 10—15% и соответственно умень-

шить расход воды на 1 т сельскохозяйственных продуктов при

существенном повышении урожаев. К числу таких мер относит-

ся также развитие и повышение продуктивности земледелия в

зонах избыточного увлажнения умеренного пояса на базе ме-

лиоративных систем двойного действия. Такой путь позволит,

вероятно, уменьшить площадь орошаемых земель в засушливых

зонах для производства зерновых культур. В целом это позво-

лит уменьшить расход воды на производство единицы продук-

тов, о чем подробнее сказано выше.

Проблема взаимосвязи растительность — почва — вода уже

давно интересует человечество, но научный уровень решения

этой проблемы с гидрологической точки зрения на протяжении

многих лет колебался в значительных пределах, при неуклон-

ном росте и совершенствовании научных представлений. Чрез-

вычайно важно укрепление и развитие теоретических основ про-

цессов взаимодействия воды, почвы и растительности, частично

освещенных во II главе. Наличие теории существенно умень-

шило разночтения, имевшие место в прошлом в связи с пони-

манием роли почвы в формировании гидрологических явлений

и процессов. Этому способствует довольно большой масштаб

полевых экспериментальных исследований инфильтрационных

свойств почв. Все же, несмотря на значительные успехи ,в пред*

t ставлениях по этой проблеме, я считаю, что сделаны лишь пер-

вые шаги в развитии теории и в практическом приложении соб-

ранных фактов о взаимодействии воды и почвы.

По проблеме гидрологических преобразований в целом сле-

дует 'подчеркнуть две чрезвычайно важные задачи: 1) целена-

правленные, строго планируемые преобразования водных ресур-

сов, а не только пассивный учет последствий мелиоративных,

агрономических и лесохозяйственных мер, не преследующих спе-

циально решения гидрологических или водохозяйственных за-

дач; 2) гидрологические преобразования с учетом всего комп-

лекса воздействий на природу с минимумом издержек в резуль-

тате целого ряда побочных влияний при решении главной за-

дачи. Для решения этих задач в планировании преобразующих

мер, в экспертизах проектов, а часто и при их разработке тре-

буется более широкое участие гидрологов-географов или гео-

графов широкого профиля — специалистов по преобразованию

природы и по природной среде, окружающей людей. Одним

словом, для решения этих проблем необходимы глубокие зна-

ния всей цепи взаимосвязей между компонентами природы и

воздействий на них деятельности человека. Самое сложное в

решении подобных вопросов — установление взаимосвязей не

только тех элементов природы, на которые непосредственно на-

правлено хозяйственное воздействие, но также и элементов, на-

ходящихся на других ступенях природных взаимосвязей, бо-

лее отдаленных от тех, которые подвергаются преобразованию.

Теперь несколько заключительных соображений о «естест-

венных» водных ресурсах. «Естественных» в кавычках потому,

что на земном шаре осталось не так уж много больших райо-

нов, в пределах которых водные ресурсы и водный баланс со-

хранились в первозданном виде, т. е. в той или иной мере не

затронутыми деятельностью людей. Дело, конечно, не только в

прямых, непосредственных воздействиях на водные ресурсы, на-

пример, с помощью водохранилищ. Весьма существенные гид-

рологические преобразования произошли по другим причинам,

главным образом путем воздействия на почву и естественную

растительность. Подобные преобразования происходят незамет-

но. Для их выявления необходимы специальные знания, методы

и соответствующие экспериментальные данные. Но теперь су-

ществует теория этих преобразований, метод для их предвычис-

лений и довольно богатый экспериментальный материал, позво-

ляющие уверенно решать задачи почвенно-гидрологических пре-

образований в СССР и в некоторых других странах.

Но эта задача в целом для Земли еще не разрешена и нуж-

дается в соответствующих экспериментальных исследованиях,

в первую очередь в исследованиях в различных зональных ус-

ловиях. Полагаю, что подобные исследования весьма важны в

зонах тропических поясов, в пределах которых проживает бо-

лее 70% населения земного шара. Но не менее актуально изу-

чение этой проблемы в умеренном поясе Европы и Северной

Америки.

История науки о гидрологических преобразованиях насчиты-

вает около 150 лет, но в 'последние десятилетия представления

о ней получили существенное развитие. Тем не менее эта проб-

лема остается актуальной и в настоящее время. Соответству-

ющие задачи гидрологической науки в деле преобразования

природы кратко освещены в гл. X и в книге, специально посвя-

щенной этой проблеме (Львович, 1963). Задачу же почвоведе-

ния в развитии этого раздела гидрологической науки я вижу

в развитии теории гидрологических свойств почв, в основном

ее инфильтрационной и водоудерживающей способности, по-

скольку эти свойства, очевидно; находятся в тесной связи с не-

которыми почвенными процессами.

Актуальным остается также и развитие исследований пре-

образований водных ресурсов гидротехническими средствами,

особенно с помощью водохранилищ. Эти исследования необхо-

димы, для того чтобы знать преобразованный ими водный ре-

жим. Но это также послужит источником для оценки преобра-

зующей эффективности водохранилищ, которую необходимо изу-

чать и обобщать в целях дальнейшего усовершенствования их

проектирования и эксплуатации.

Изучение гидрологических преобразований чрезвычайно важ-

но в связи с последствиями работы воды, ее эрозионной и хи-

мической деятельности. Твердый и ионный сток рек изучены

крайне неравномерно и в целом для суши довольно слабо. Так,

вполне достоверные данные о твердом стоке имеются прибли-

зительно лишь по У

площади суши, исключая полярные лед-

ники и пустыни, лишенные речной сети. Данные об ионном сто-

ке еще более скудны.

Грандиозный размах современных гидрологических преобра-

зований не исключает того факта, что в целом все-таки еще

преобладают естественные гидрологические процессы и явле-

ния. Во-первых, сохранились огромные территории, практически

не затронутые деятельностью людей (например, Амазония, до-

вольно большие пространства приэкваториального пояса в Аф-

рике); к числу таких районов относятся Антарктида и Гренлан-

дия, а также значительные пространства субарктической зоны

Канады, США (Аляска) и СССР. В субарктической и таежной

зонах Западной Сибири быстро развивается нефтедобывающая

промышленность, в Восточной Сибири, Якутской АССР и на

Дальнем Востоке — горнодобывающая промышленность и ме-

таллургия, но гидрологические преобразования в этих районах

пока еще сравнительно невелики. Но дело не только в геогра-

фии гидрологических преобразований, но и в макропроцессах,

участвующих в круговороте воды, которых деятельность людей

коснулась еще в небольшой мере. Это прежде всего относится

к воздушным циркуляциям и переносу атмосферной влаги, к

осадкам, выпадающим на больших пространствах суши. В ка-

кой-то мере это относится и к испарению, для которого, однако,

характерна тенденция роста в связи с повышением биологиче-

ской продуктивности сельскохозяйственных угодий и лесов. Это

же относится и к росту акваторий водохранилищ, в отдельных

районах существенно преобразовавших местный круговорот во-

ды. Но в целом для суши антропогенные влияния на испарение

сравнительно невелики.

Таким образом, круговорот воды сохраняет много естествен-

ных черт, но его нельзя считать лишенным антропогенных влия-

ний. В наибольшей мере они сказываются на водном балансе

территории в основном в связи с использованием земельных и

растительных ресурсов, а также на речном стоке. И хотя сей-

час еще точно не известно, насколько возросло испарение и на-

сколько уменьшился речной сток с суши в целом, но если эти

преобразования незначительны в относительных показателях,

то в абсолютных величинах, по-видимому, соразмерны с коли-

чеством воды, расходуемой на орошение.

Главное естественное свойство отдельных источников водных

ресурсов — их тесная взаимосвязь, поэтому рассмотрение реч-

ных, подземных водных ресурсов и почвенной влаги изолиро-

ванно друг от друга, как это часто еще практикуется, нельзя

признать обоснованным. Иногда учет этих источников водных

ресурсов разобщен методическими и организационными рам-

ками.

Предложенный мною комплексный дифференцированный ме-

тод изучения и оценки водных ресурсов, подробно освещенный

в гл. IV, не является исчерпывающим и универсальным, но

он впервые позволил взаимосвязанно оценивать основные ис-

точники водных ресурсов: полный речной сток с разделением на

поверхностный (паводочный) и подземный, а также ресурсы

почвенной влаги. Применение этого метода помимо теоретиче-

ского значения целесообразно для решения практических задач,

связанных с перспективными прогнозами состояния водных ре-

сурсов. Применение методов, практикуемых в проектных гидро-

технических и водохозяйственных работах, хорошо разработан-

ных именно для этих целей, слишком громоздко для перспек-

тивных прогнозов, не говоря уже о том, что эти методы исходят

из обособленной оценки речного стока и ресурсов подземных

вод. Что же касается ресурсов почвенной влаги, то они вооб-

ще не принимаются во внимание в практике водохозяйственно-

го проектирования. Если такой подход допустим для отдельных

частных проектов, предусматривающих локальное использова-

ние одного из источников водных ресурсов, то он крайне неудо-

бен и неоправдан при решении широких комплексных задач,

относящихся ко всем источникам водных ресурсов.

Когда речь идет о перспективных прогнозах или долговре-

менных планах, состояние источников водных 'ресурсов прихо-

дится рассматривать в динамике, с учетом их преобразований

и обязательно взаимосвязанно. Пример решения этой задачи

показан в настоящей работе применительно к земному шару.

Аналогичное приближенное решение было дано раньше (Льво-

вич, 1969), но тогда еще не были составлены карты всего ком-

плекса элементов водного баланса материков земного шара, и

поэтому оценка отдельных источников водных ресурсов произ-

водилась приближенно для всей суши в целом. Что же касается

применения этого метода для СССР, то впервые результаты та-

кого исследования были опубликованы более десяти лет назад

(Львович, 1963), а в сочетании с перспективным прогнозом на

2000 г.— позже (Львович и Коронкевич, 1971). Это говорит о

большой работе, которая предшествовала появлению настоя-

щей книги.

В связи с перспективными прогнозами было бы важно учи-

тывать тенденцию общей увлажненности материков и водно

сти рек. В этом вопросе я опираюсь на обстоятельные много

летние исследования известного гидролога А. В. Шнитникова

(1957, 1968, 1969), показавшего, что в течение предстоящих де-

сятилетий в Северном полушарии наиболее вероятно общее

снижение увлажненности суши и водности рек, что создаст не-

благоприятные предпосылки для осуществления водохозяйствен-

ных мероприятий в условиях будущего. Эта общая тенденция

будет нарушаться внутривековыми циклическими колебаниями,

которые в перспективных прогнозах должны косвенно учиты-

ваться, с тем чтобы ориентироваться на устойчивый сток, под-

верженный гораздо меньшим колебаниям, чем полный речной

сток в целом.

Наши выводы о современных водных ресурсах материков,

всей суши в целом и приближенная оценка их для отдельных

стран (см. гл. V и VII) основываются на картографировании

элементов водного баланса. Приемы гидрологического 'карто-

графирования, получившие наибольшее распространение в

СССР, дали весьма плодотворные результаты. Карты элемен-

тов водного баланса (источников водных ресурсов), помещен-