Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5. Примеры определения подземного стока в реки

Европа: 1 — Эсла, 2 — Амон, 3 — Везер, 4—Раба, 5 —Сейм, 6 —Пижма, 7 — Терек.

Азия: 8 —Нура, 9 — Ивдель, 10 —Нижняя Тунгуска, 11 — Зея, 12 —Орхон, 13 — Дон,

14 — Карун, 15 —Каш, 16 — Кунар. Африка: 17 —Мазафран, 18 —Бия, 19 —Лулва,

20 — Ньяндан, 21— Баро. Северная Америка: 22 — Пекос, 23 — Магпай, 24 — Вирджин,

25 — Сабин, 26 — Салча. Южная Америка: 27 — Пилатон, 28—Лаука, 29 — Пао, 30 —

Гуарико, 31 — Итапикури. Австралия: 32 — Хантер, 33 — Муррей.

Числа на горизонтальных линиях

—

расход воды в

м*/сек, U —

подземный сток, S

—

поверхностный (паводочный) сток

Однако подземный сток в реки происходит не только за

счет подземных вод, гидравлически связанных с русловыми во-

дами. Реки питаются также подземными водами, гидравличе-

ски не связанными с русловыми. Во время половодья приток их

в реки возрастает. Общий же приток подземных вод, как гид-

равлически связанных с русловыми, так и гидравлически не

связанных, достигает максимума на спаде половодья. Учиты-

вая это, можно приближенно установить границу между поверх-

ностным речным стоком и общим притоком всех видов подзем-

ных вод в реки (линия 4 на рис. 4).

Эту схему (рис. 4) я опубликовал в 1963 г. В скором вре-

мени к подобным выводам пришел и другой автор (Wiest,

1965).

Если имеются данные о колебаниях дебита одного или не-

скольких источников подземных вод, то, пользуясь методом

Ф. А. Макаренко (1948), указанная граница между поверхно-

стным и подземным стоком в реки может быть уточнена. При

этом, однако, следует убедиться в репрезентативности выбран-

ных источников подземных вод, т. е. в соответствии показа-

ний их дебита условиям питания подземных вод данного реч-

ного бассейна в целом. Иначе, пользуясь данными о дебите

случайных, нерепрезентативных источников, можно допустить

существенные ошибки в определении питания рек подземными

водами.

Вопрос об определении по гидрографам подземного стока в

озерные реки пока еще не решен, поэтому реки, зарегулирован-

ные озерами, приходится исключать из рассмотрения; то же от-

носится и к речным бассейнам с большим распространением

болот.

Годовые величины полного (поверхностного и подземного)

стока определяются в миллиметрах слоя. Кроме того, вычисля-

ется процентное соотношение поверхностного и подземного сто-

ка отдельно для каждого года и среднее для всего периода

наблюдений. Если в целях экономии времени расчеты произво-

дятся для отобранных характерных четырех лет, то среднее

процентное соотношение между подземным и поверхностным

стоком для этих четырех лет принимается как среднее много-

летнее. Тогда по средней многолетней величине полного стока,

пользуясь этим процентным соотношением, определяется сред-

ний многолетний поверхностный и подземный сток в реки.

ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ МИРА

Полное представление о гидрологической изученности мира

получить трудно вследствие различной степени доступности гид-

рологических данных в разных странах. В некоторых странах

(СССР, ГДР, Румыния, Венгрия, США, Канада, ФРГ, Фран-

ция, Испания и др.) гидрологические данные систематически

публикуются с той или иной степенью подробности в ежегодни-

ках. По многим другим странам подобные публикации отсут-

ствуют, и гидрологические данные приходится по крохам соби-

рать из различных литературных источников. В последние годы

ЮНЕСКО предприняло полезные издания типа кадастровых

справочников, в которых помещены данные о средних много-

летних расходах воды по месяцам за разные периоды прибли-

зительно для 250 станций мира и о средних месячных и годо-

вых расходах воды за все годы с начала наблюдений по 1964 г.

включительно («Расходы воды...», 1969, 1971).

Что касается среднего многолетнего стока, то по многим

странам для этого элемента баланса существуют националь-

ные карты: в СССР («Водный баланс СССР...», 1969; Дрейер,

1969); в КНР («Карта среднегодового стока Китая», 1957); в

Румынии («Monografia Geografica...», 1960; Ujvari, 1972); в Бол-

гарии («География на България», 1966; Русев, 1961); в США

«National Atlas...», 1970); в Канаде («Hydrological Atlas...»,

1969); в Австралии («Surface Water Resources...», 1967)

и т. д.

Подробность и достоверность таких карт весьма различна.

Выше перечислены наиболее надежные карты, т. е. основанные

на большом объеме исходных данных, к другим картам, напри-

мер Индии (Khosla, 1960), составленным по недостаточному

количеству материалов, в дополнение применен интерполяци-

онный метод (расчеты испарения, по Торнтвейту), что, как мы

видели из сказанного в гл. III, дает весьма приближенные вы-

воды.

На рис. 6 приведена картосхема изученности полного реч-

ного стока мира. Нельзя, конечно, считать, что в данной рабо-

те использованы все имеющиеся гидрологические данные. Неко-

торые могли остаться неизвестными для нас, так что эта кар-

тосхема более верно отражает объем использованных данных.

Приближенные сведения об обеспеченности гидрологически-

ми материалами, использованными в настоящей работе, по ма-

терикам и для суши в целом приведены на картах (рис. 6 и 7),

на которых выделены площади суши, лишенные речной сети. В

этих районах, занимающих приблизительно

% суши, все осад-

ки расходуются на увлажнение почвы и испарение. Почти по

всей Европе, исключая Грецию, по всей Австралии и крупным

частям Азии, Северной Америки мы располагаем достаточно

подробными данными о полном речном стоке в виде детальных

карт, построенных на основании большого объема данных гидро-

логических наблюдений, либо в виде исходных данных, позволив-

ших построить нам аналогичные карты. Более низкая степень изу-

ченности— единичные данные непосредственных гидрологических

наблюдений, карты, построенные по небольшому объему мате-

риалов либо с применением интерполяционных методов. Самая

низкая степень изученности относится к

/з Южной Америки, к

U Африки (если не считать части Сахары и Калахари, лишен-

ных речной сети), Индонезии, Новой Гвинеи и северной части

Канады. По этим районам мы не располагаем такими данными

о полном речном стоке, на основании которых возможно было

бы строить хотя бы мелкомасштабные карты этого элемента

водного баланса. По отдельным большим рекам имеются лишь

более или менее приближенные данные, характеризующие пол-

ный речной сток всей реки. Примерами могут служить река Ама-

зонка и ее приток Топажос. Для всех таких районов, относя-

Рис. 6. Картосхема мировой изученности полного речного стока

1 — подробные данные — гидрологические ежегодники или карты стока, составленные на

основании большого объема непосредственных наблюдений, 2 — неполные данные —

единичные данные непосредственных наблюдений или карты, построенные по косвенным

данным, 3 — отсутствие данных гидрологических наблюдений, 4 — речная сеть отсутствует

щихся к группе наименее изученных в гидрологическом отноше-

нии, полный речной сток определялся по интерполяционным за-

висимостям, а данные по большим рекам использовались для

контроля.

На рис. 7 приведены сведения о материалах, использован-

ных для определения подземного и поверхностного стока. Как

видно, приблизительно для половины территории суши имеются

достаточно полные данные, в основном из гидрологических еже-

годников, позволяющих строить массовые графики ежедневных

расходов (гидрографы) для определения подземного и поверхно-

стного стока. Для СССР расчленение гидрографов производилось

по 800 створам, для зарубежной Европы — по 140, для зарубеж-

ной Азии — по 180, для Африки — по 75, для Северной Амери-

ки— по 160, для Южной Америки — по 140, для Австралии — по

15 створам. В общей сложности мы располагали необходимыми

данными для зарубежной части суши по 710 створам.

Для значительных районов Южной Америки (0,8территории),

Африки (0,4 территории), исключая части Сахары и Калахари,

на которых отсутствует речная сеть, а также Австралии (около

Уз, не считая пустыни, где нет рек) мы не располагаем такими

данными. В меньшей мере это относится к Северной Америке

(приполярная часть), Мексике и Средней Америке, занимающих

менее 7з территории, и к части Азии (Тибет, Индонезия, Новая

Гвинея), занимающей 41% территории этой части света, нако-

нец, к Африке — по 26% территории. Эти районы составляют

около 10% суши, для них использованы отдельные гидрографы,

опубликованные в различных изданиях, а также данные о сред-

них месячных расходах воды, позволяющие оценить подземный

сток, но менее точно, чем по ежедневным расходам.

Для восполнения недостающих данных по водному балансу

неизученных и малоизученных районов служат интерполяцион-

ные зависимости (см. следующий раздел). В отдельных случаях

приходилось прибегать к интерполяции более устойчивых в про-

странстве значений подземного стока в процентах от полного.

Из краткой характеристики исходных данных, послуживших

для составления карт элементов водного баланса, а следова-

тельно, и для балансовой оценки водных ресурсов, видно, что

пришлось использовать разнообразные данные по степени их

точности. Это относится и к периоду наблюдений, за который

определена норма речного стока. Конечно, о едином периоде

для ее определения не может быть и речи, так как большая

часть средних величин относится к самым разнообразным пе-

Рис. 7. Картосхема использованных материалов для определения подземного

стока в реки

1 — подробные данные — гидрологические ежегодники с данными о ежедневных раско-

лах воды, 2 — неполные данные: единичные гидрографы, данные о средних месячных

расходах воды, 3 — отсутствие данных — использование интерполяционных зависимостей

элементов водного баланса от осадков, 4 — речная сеть отсутствует

риодам. Такое решение было вынужденным, но если бы и была

возможность выбирать период для осреднения многолетних ве-

личин, то вряд ли это имело бы смысл, когда речь идет о гло-

бальном обобщении, так как одному периоду в разных частях

земного шара соответствуют разные циклы колебаний стока.

Таким образом, единый период для определения нормы стока

всех рек земного шара и даже отдельных континентов генети-

чески не обоснован.

В связи с этим вопросом рассмотрим существующие подходы

к определению нормы стока. Наиболее распространенный спо-

соб — получение ее осреднением за возможно более продолжи-

тельный период. Для многих рек СССР, зарубежной Европы,

США и некоторых других стран имеются гидрологические на-

блюдения за 80—100 лет, а массовый гидрологический мате-

риал — за 30—50 лет.

Весьма заманчиво определение нормы за столь продолжи-

тельное время, но оно не лишено недочетов. Во многих случаях

эти наблюдения относятся к периодам различной интенсивности

хозяйственной деятельности в бассейне реки, поэтому и наблю-

дения за стоком неоднородны, так как помимо естественных

циклических колебаний он отражает и антропогенные факто-

ры —водозабор из рек для водоснабжения и орошения, измене-

ние площади пашни и лесов, изменение методов обработки поч-

вы и т. д. Эта проблема подробно освещена мною и моими

коллегами в печати (Львович, 1963, 1971; «Водный баланс...»,

1969). Некоторые выводы приводятся в III части данной книги.

По этой причине здесь нет необходимости подробно на ней ос-

танавливаться. Отмечу лишь, что в некоторых случаях масштаб

антропогенных изменений соразмерен с масштабом циклических

колебаний. Односторонняя направленность колебаний общей

увлажненности в Северном полушарии, а следовательно, и вод-

ности рек обнаружена А. В. Шнитниковым (1957) в связи с

анализом многовековых ритмов 1800—2000-летней продолжи-

тельности. А. В. Шнитников проследил их начиная с XIV —

XII вв. до н. э. вплоть до наших дней. Этот анализ позволил

установить, что современный многовековой ритм характеризует-

ся высокой увлажненностью, наступившей около 500 лет назад

и продолжавшейся до конца XVIII — начала XIX в. Со второй

половины XIX в. эта фаза сменилась спадом увлажненности

материков Северного полушария. В указанной работе, подтвер-

жденной новыми результатами исследований, А. В. Шнитников

(1968) на основании многочисленных фактов показывает, что

в настоящее время происходит общий спад увлажненности. При

этом имеются основания предполагать, что интенсивность этого

спада такова, что позволяет его ощутить в течение нескольких

десятилетий.

Обе причины — антропогенные факторы и естественные рит-

мические колебания — приводят к изменениям одного знака,

которые накладываются друг на друга и усиливают тенденцию

к постепенному уменьшению водности рек. В этом заключается

отрицательная сторона продолжительных гидрологических на-

блюдений.

Но помимо этой причины, требующей осторожного отноше-

ния к «норме» стока за длительные периоды наблюдений, при-

ходится считаться с тем фактом, что такие сколько-нибудь по-

дробные данные для всего земного шара отсутствуют. Во многих

странах Африки, Азии, Южной Америки и даже наиболее по-

дробно изученной Европы данные о речном стоке стали появ-

ляться начиная лишь с 50-х годов текущего столетия. Следова-

тельно, они имеются в лучшем случае за 15—20 лет.

Получить сравнимые между собой ряды наблюдений и срав-

нимые нормы стока можно наиболее обоснованно путем анализа

его колебаний. Исходя из общей идеи А. В. Шнитникова о том,

что колебания уровня озер хорошо характеризуют колебания

речного стока, А В. Агупов (1960) в качестве показателя, поз-

воляющего оценивать колебания водности по отклонениям мо-

дульных коэффициентов стока от нормы в интегральной нарас-

тающей последовательности, принял следующий:

=Ъ(К1-1).

где —модульный коэффициент отдельного года, п —

число лет от начала рассматриваемого периода.

По выявленным таким образом циклам колебаний водности

А. В. Агупов предложил выбирать период замкнутого цикла

для определения среднего многолетнего стока истинной нормы.

В тех случаях, когда продолжительность недостаточна для уста-

новления замкнутого цикла, А. В. Агупов предложил в качестве

аналога принимать колебания уровня озер в пределах района

с синхронными колебаниями стока.

Сравнение теоретической ошибки нормы, зависящей от коэф-

фициента вариации и продолжительности наблюдений, с факти-

ческой ошибкой, характеризующей отклонение среднего зна-

чения за принятое число лет от истинной нормы, объективно

установленной за замкнутый период циклических колебаний,

показывает, что даже при низком значении коэффициентов ва-

риации (около 0,2) теоретические ошибки лишь формально ха-

рактеризуют надежность нормы стока и существенно отличают-

ся от фактических ошибок. Например, теоретическая ошибка

средней величины стока Волги у Волгограда за 43 года (1910—

1952) составляет 2,9%, а фактическая ошибка достигает 9%,

т. е. в 3 раза больше; за 20 же лет наблюдений (1910—1929)

теоретическая ошибка составляет 0%. Это показывает, что вто-

рому периоду соответствует замкнутый цикл колебаний стока,

поэтому он дает истинную норму, а формально теоретическая

ошибка в этом случае оценивается в 4,2%. Но для другого 20-

летнего ряда (1933—1952) при теоретической ошибке в 4,2%

фактическая достигает 19%. Такое большое расхождение связа-

но с тем, что этот 20-летний ряд не соответствует замкнутому

циклу. Интересно, что сравнение циклических колебаний стока,

установленных по указанному методу, показывает наличие син-

хронных колебаний в пределах Европейской части СССР с не-

которыми отклонениями для севера и юга и асинхронность ко-

лебаний стока рек западнее и восточнее Урала. Циклические

колебания сибирских рек отличаются почти противоположной

направленностью от колебаний стока европейских рек.

К аналогичному выводу приводят и результаты интересного

исследования Г. П. Калинина (1968), построившего карты изо-

коррелят годового стока Волги и Миссисипи с годовым стоком

около 50 других рек Европы, Азии и Северной Америки. Поло-

жительные коэффициенты корреляции получились в пределах

почти всей Европы, а по Северной Америке — приблизительно

севернее параллели Флориды; к востоку от Урала в пределах

почти всей Азии, а также к югу от указанной параллели в Се-

верной Америке коэффициенты корреляции с годовым стоком

Волги и Миссисипи имеют отрицательное значение, что свиде-

тельствует об асинхронности колебаний стока двух районов

между отмеченными границами. Можно полагать, что в преде-

лах тропического пояса Северного полушария циклические ко-

лебания речного стока отличаются своими закономерностями.

Еще более разнообразная картина колебаний, несомненно, будет

установлена, если учесть и реки Южного полушария, хотя в

связи с волнообразной сменой распределения по территории

синхронных и асинхронных колебаний нельзя отрицать положи-

тельных корреляций между колебаниями стока рек некоторых

районов в обоих полушариях.

На основании высказанных соображений и фактов следует

вывод: для всех рек земного шара невозможно принять какой-

либо один не очень продолжительный период наблюдений над

стоком, чтобы он был сравним для всех рек и характеризовал

истинную норму стока. А продолжительный период, охватываю-

щий несколько циклов наблюдений, мог бы дать сравнимую

норму, но практически это неосуществимо из-за недостаточности

фактических данных. Но и такой подход не дал бы вполне до-

стоверных выводов из-за естественной изменчивости увлажнен-

ности и антропогенных факторов, о которых было сказано выше.

Единственное правильное решение, которое возможно осу-

ществить в будущем, заключается в установлении нормы для

замкнутых циклов колебаний речного стока. В этом случае не-

зависимо от синхронного или асинхронного характера цикличе-

ских колебаний норма стока оказывается наиболее близкой к

истинной, что и является ключом к получению норм стока, срав-

нимых для всех рек земного шара.