Лекция №1

План лекции:

1. Введение в гидрологию.

2. Распространение воды на Земле и её значение для живых организмов.

3. Классификация водных объектов.

4. Круговорот воды в природе.

5. Водообмен.

6. Свойства воды и их значение для биосферы.

1. Введение в гидрологию.

Гидрология – это комплекс наук, изучающих свойства воды, процессы, протекающие в водных объектах (реках, озерах, водохранилищах, морях, подземных источниках), зависимость характеристик водных объектов от физико-географических факторов.

Термин "гидрология" (гидрос - вода, логос - наука) впервые упомянут в 1694 году в книге, содержащей "начала учения о водах", изданной Мельхиором во Франкфурте-на-Майне, а первые гидрологические наблюдения, по мнению американского гидролога Раймонда Найса, 5000 лет назад проводили на р. Нил египтяне, которые ежегодно фиксировали высоту паводков на скалах, стенах зданий, ступенях береговых лестниц. Но в самостоятельную науку гидрология оформилась лишь в начале XX столетия и продуктивно развивалась, опираясь на фундаментальные науки: физику, химию, математику.

Предметом изучения гидрологии являются водные объекты: океаны, моря, реки, озера и водохранилища, болота и скопления влаги в виде снежного покрова, ледников, почвенных и подземных вод.

Гидрология состоит из 2-х больших разделов:

1. Гидрология суши – изучает все водные объекты в пределах суши (.реки - потамологию, водохранилища, озера - лимнологию, болота - болотоведение, ледники);

2. Гидрогеологию (гидрология подземных вод);

3. Гидрология моря - океанология, изучающая океаны и моря.

Наибольшее развитие в последние 50 - 60 лет получил раздел гидрологии - гидрология суши. Это является следствием быстро возрастающего использования пресной воды, ее возросшей роли в развитии экономики и жизни человеческого общества. Важнейшей задачей гидрологии суши является оценка изменений водных ресурсов как источника водоснабжения и водопотребления. Особое место занимает количественная оценка изменений во времени и пространстве стока воды рек, который составляет основные, ежегодно возобновляемые водные ресурсы и обеспечивает основной объем возможного водопотребления на хозяйственные нужды. Современные исследования водных ресурсов, особенно в части прогнозирования их на будущее, тесно связаны с учетом глобального изменения климата и влияния на водные объекты хозяйственной деятельности человека.

В этих разделах выделяются разделы, рассматривающие отдельные стороны водных объектов – гидрофизика, гидрохимия, гидробиология, геология моря.

Важная часть гидрологии – гидрометрия.

Гидрометрия – наука о средствах и методах изучения величин, характеризующих движение и состояние вод, и режим водных объектов.

Наиболее тесно связана она с метеорологией и климатологией, а также с геологией, биологией, почвоведением и геохимией.

2. Распространение воды в природе и её значение для живых организмов.

Вода это самое распространенное вещество в биосфере. Прерывистая водная оболочка Земли называется гидросферой.

Гидросфера включает в себя воды Мирового океана и воды суши в жидком и твердом состоянии.

Верхняя граница гидросферы – условно проходит по поверхности раздела с тропосферой.

Нижнюю границу проследить невозможно из-за глубокого проникновения гидросферы в толщу Земной коры.

Понятие "гидросфера" включает в себя вес свободные воды Земли, т. е. Не связанные с минералами земной коры. Гидросфера находится в постоянном взаимодействии с другими сферами Земли – атмосферой, литосферой, биосферой. При этом между ними осуществляется активный количественный обмен энергией и веществом. Воды Земли, перешедшие под влиянием тепла в парообразную влагу, связывают гидросферу с атмосферой. Воды почвенного покрова и подземные воды обусловливают связь гидросферы с земной корой. Более сложной является взаимосвязь с биосферой. Вода составляет 60-70 % организмов, в частности человек на 70% состоит из воды. Все жизненные процессы, протекающие в живых организмах, так или иначе, связаны с водой. Без воды невозможно питание организма, потому что у животных, например, питательные вещества поступают в желудок при помощи слюны, при помощи желудочного и кишечного сока пища переводится в раствор.

Вода является также санитаром организма, так как выводит вредные вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности.

Человек ежедневно поглощает около 2л воды. За год – около 800-1000л. Если организм теряет 10-20% воды, то это привести к гибели организма.

В каждом органе нашего тела, в каждой клетке идут различные химические реакции превращения одних веществ в другие. Для всех этих процессов нужна вода, так как все химические реакции в организме протекают в растворе. Для растений вода очень важна, так как принимает участие в реакциях фотосинтеза и других, жизненно важных процессах в растениях. Вода является средой обитания для многих организмов.

Гидросфера состоит из различных вод, отличающихся степенью распространения на Землю, качеством, агрегатным состоянием, расположением в гидросфере, атмосфере, литосфере.

Общие запасы воды на Земле – 1,386·10⁹ км³.

Если воду разместить равномерно по поверхности Земного шара, то толщина слоя составила бы 2,5 км. Из общих запасов воды – 97,3 % - это горько-соленая вода. Запасы пресных вод – 2,7 %.

77,2 % - пресной воды содержится в ледниках;

22,4 % (примерно 1 % от общего количества воды) – это подземные воды;

0,35 % -пресной воды находится в озерах и болотах;

0,01 % - в реках и ручьях.

Запасы воды на Земле

Наименование	Объем запасов (в тысячах куб. км)	В % от общих запасов воды	В % от общих запасов пресной воды
Соленая вода
Океаны	1 338 000	96,54
Соленые/солоноватые подземные воды	870	0,93
Соленые озера	85	0,006
Воды суши
Ледники, постоянный снежный покров	24 064	1,74	68,7
Пресные подземные воды	10 530	0,76	30,06
Подземный лед, многолетняя мерзлота	300	0,022	0,86
Пресноводные озера	91	0,007	0,26
Почвенная влага	16,5	0,001	0,05
Водяной пар в атмосфере	12,9	0,001	0,04
Болота, переувлажненные территории*	11,5	0,001	0,03
Реки	2,12	0,0002	0,006
Влага живых организмов*	1,12	0,0001	0,003
Общие запасы воды	1 386 000	100
Общие запасы пресной воды	35 029		100

Источник: Shiklomanov 1993

Примечание: ввиду округления итоговые цифры могут не соответствовать суммам отдельных показателей

*Для болот, переувлажненных территорий и влаги, которую содержат живые организмы, часто характерно присутствие как соленой, так и пресной воды

Единовременный объем воды, содержащейся в реках равен 2120 км³. На первый взгляд он незначителен, но в течение года он многократно возобновляется и общее количество воды, которое реки выносят в океан за год больше 2120 км ³ в 20 раз. В гидросфере постоянно происходит динамические процессы, в результате которых запасы пресных вод постоянно возобновляются. Изучает эти процессы гидрология.

Очень много воды находится на Земле в связанном состоянии (в минералах). По данным Вернадского в земной коре содержится 1,3 млрд. км ³ воды, т. е. Почти столько сколько в Мировом океане.

По оценкам некоторых учёных общий единовременный объём воды в мантии составляет около 13-15 млрд. км ³.

Речной сток Украины составляет 85,1 млрд. м ³ (без Дуная), а в маловодные годы уменьшается до 48,8 млрд. м ³

По территории Украины сток расположен неравномерно: 70 % приходится на Юго-Западный регион (45 % территории, где проживает 40 % населения), на Донецко-Приднепровский и Южный регионы (где проживает 60 % населения) приходится 30 % стока.

В целом по Украине водные ресурсы (это речной сток и подземные воды) используются полностью, а во многих южных районах ощущается дефицит воды.

Для ликвидации дефицита строят каналы, водохранилища. Были построены такие каналы: Северо-Крымский, Днепр-Кривой Рог, Днепр-Донбасс, Ингулецкий. На Украине построено 748 водохранилищ объёмом более 1 млн. м ³ каждое. Суммарный объём водохранилищ – 48,9 млрд. м. При создании водохранилищ увеличивается расход на испарение и уменьшается объём стока.

Главный источник воды на Украине – Днепр. Кроме него – Днестр, Южный Буг, Западный Буг, Тиса, Прут и т. д.

Состояние воды и полноводность больших рек зависит от состояния их притоков и малых рек, которых в Украине более 63 тыс. 90 % населенных пунктов располагаются на берегах малых рек. Но именно состояние малых рек плачевно. Более 20 тысяч их уже высохло, а другие – сильно загрязнены.