Водные ресурсы земли и их формирование

Общий объем воды на земном шаре составляет около 1338 млн. км³. Основной ее запас (96,5 %) находится в Мировом океане. В жизни человека наибольшую ценность представляют пресные воды. Ледники и постоянный снежный покров содержат 24,1 млн. км³ пресной воды, т.е. около 69 % общих ее запасов. Свыше 50 % (10,5 млн.км³) пресной воды сосредоточено в почвогрунтах (подземные воды). Пресные озера России содержат около 28 тыс. км³ воды, из них 25 тыс. км³ в озере Байкал. Вода в болотах составляет около 12 тыс. км³, или 0,03% запаса пресных вод. Годовой сток рек нашей страны составляет 4720 км³ в год. В руслах рек России единовременно находится около 500 км³ воды.

Круговорот воды в природе. Вода в природе под влиянием солнечной радиации, вызывающей испарение, и силы земного притяжения совершает непрерывный круговорот (влагооборот) между гидросферой, почвой и атмосферой. Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения с водной поверхности и поверхности почвы, растительности, снежного и ледяного покрова, а также вследствие транспирации. В атмосфере непрерывно протекают процессы конденсации и сублимации водяного пара, образование облаков и перенос их воздушными массами. Из облаков при определенных условиях выпадает на поверхность земли вода в виде жидких (дождь) или твердых (снег) осадков.

Различают два типа влагооборота - большой и малый. Большой, или мировой, влагооборот захватывает обширные пространства, когда водяной пар, поднявшийся с поверхности океанов, переносится воздушными потоками на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока.

Малый влагооборот происходит на меньших пространствах и бывает океанический, когда водяной пар, образовавшийся при испарении воды с поверхности океанов, снова выпадает в виде осадков в океан, и внутриконтинентальный, когда влага, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Испарение с поверхности земного шара составляет в среднем за год 577 тыс. км³ воды. Из этого объема 505 тыс. км³ приходится на Мировой океан и 72 тыс. км³ - на сушу. Воздушными потоками на сушу переносится и стекает обратно в океан 47 тыс. км³ воды. Из этого объема реками выносится в океан 45 тыс. км³, поступает в океан в виде стока грунтовых вод 2 тыс. км³. Если распределить этот объем воды равномерно по поверхности суши, получится слой осадков, равный 515 мм.

Единовременно объемы воды в руслах рек мира почти полностью заменяются в среднем за 16 дней. Воды озер в среднем возобновляются в течение 17 лет, изменяясь от нескольких лет (для малых озер в засушливых областях) до нескольких сотен лет. В озерах ежегодно возобновляется в среднем 1-2 % воды от их объема.

В водном балансе нашей страны приход влаги с осадками составляет 11700, испарение - 7340, сток - 4360 км³.

Водный баланс. Соотношение прихода и расхода влаги за определенный интервал времени называется водным балансом. Его принято выражать уравнением, которое составляют для определенного участка территории: бассейна, реки, страны, материка или земного шара в целом. Под бассейном понимается часть земной поверхности, включая и толщу почвогрунтов, откуда происходит сток воды в определенную реку, речную систему или озеро. Синонимом понятия «бассейн» является понятие «водосборная площадь».

Составляя уравнение водного баланса за ограниченный период времени (месяц, год), необходимо учитывать изменение запасов влаги в бассейне (снежном покрове, почве, поймах рек и пр.). Величина этих изменений в многоводные годы может быть положительной, а в маловодные - отрицательной. Следует учитывать и подземный водообмен с соседними бассейнами. С учетом сказанного, уравнением водного баланса будет

О = C + E± ∆W± ∆U, (1)

где О - осадки; С - сток; Е - испарение (суммарное); ∆W - изменение запасов влаги в бассейне; ∆U - подземный водообмен с прилегающими участками.

С увеличением площади водосбора относительная величина водообмена с соседними бассейнами уменьшается. При больших водосборах и длительных наблюдениях можно использовать более простое уравнение водного баланса:

О = C + E±∆W, (2)

позволяющее определить баланс влаги при известных влагозапасах в начале и конце периода, для которого определяется водный баланс. Его можно использовать и в интервале гидрологического года. Гидрологический год в отличие от календарного начинается не с 1 января, а со времени стабилизации запасов влаги в бассейне, когда переходящие остатки ее из одного года в другой минимальны. Для большинства районов России началом гидрологического года принимается 1 октября или 1 ноября.

По мере увеличения длительности периода уменьшается влияние на баланс влаги различий в величинах изменения ее запасов в бассейне. Для длительных периодов годы с пониженными запасами влаги перекрываются годами с повышенными влагозапасами. То же относится и к водообмену с окружающими участками. Поэтому величины ∆W и ∆U могут быть очень небольшими и уравнение для многолетнего периода принимает упрощенный вид:

О = С + Е, (3)

Уравнение водного баланса позволяет установить степень обводненности территории, выявить избыток или недостаток влаги. Оно широко используется для различных водно-балансовых расчетов. Если приходная часть водного баланса превышает расходную, то наблюдается избыток влаги и требуется осушение, если расходная часть больше приходной, то необходимо орошение.

Средние многолетние значения составляющих уравнения водного баланса (элементов водного баланса), которые при увеличении длительности периода наблюдений существенно не меняются, называются нормой гидрологических величин (норма осадков, норма стока, норма испарения).