5.4. Водные и энергетические ресурсы гидросферы

Водные объекты характеризуются вековыми запасами и возобновляемыми ресурсами. К вековым естественным запасам (м³, км³) пресных вод суши относят воды, единовременно нахо­дящиеся в озерах, реках, ледниках, а также в водоносных слоях горных пород (подземные воды). К возобновляемым водным ресурсам (м³/с, м³/год, км³/год) относят те воды, которые еже­годно возобновляются в процессе круговорота воды на Земле, водообмена между сушей и океаном. Испаряющаяся под дейст­вием солнечной энергии с поверхности Мирового океана вода поступает в атмосферу и возвращается в виде атмосферных осадков. Часть испарившейся воды воздушными течениями пе­реносится на сушу и, выпадая в виде осадков, является основ­ным источником формирования вод суши - рек, озер, подзем­ных вод, ледников. Часть атмосферных осадков, выпадающих на суше, которая не успевает испариться или просочиться в глубь, вновь возвращается в океан через реки.

Океан служит гигантским естественным испарителем и по­ставщиком пресной воды на сушу. Принимая речной сток, океан возобновляется количественно и восстанавливается качествен­но.

Процесс круговорота воды в природе характеризуется уравнением водного баланса:

Ио + И_с = О₀ + Ос , где И₀ , И_с - испарение с поверхности океана и суши;

Ио + Ис - 452600 + 72500 = 525100 км³;

О0 и Ос - осадки на поверхности океана и на поверхности суши;

Оо + Ос = 41160 + 113500 = 525100 км³.

Природные воды непрерывно расходуются и возобновля­ются. Основным и единым для всех видов вод исходным звеном круговорота воды в природе являются атмосферные осадки, ко­торые питают озера, реки, ледники и подземные воды. Вместе с этим питают озера, а подземные воды и ледники питают реки.

Вследствие круговорота в гидросфере происходит постоян­ный обмен водных масс. Так, за счет океанских течений произ­водится смена всех вод Мирового океана за 63 года. Значитель­но быстрее эти процессы протекают на суше и в атмосфере.

Речные воды, имея сравнительно небольшой объем, возоб­новляются примерно каждые 16 сут. (более 20 раз в год). Под­земные воды возобновляются в течение примерно 1400 лет, а горные ледники - в течение 1600 лет.

Сток рек и подземных вод на земном шаре составляет 41000 км³, или 8% общего объекта, совершающего круговорот на Земле. Сток составляет 36,4% от размера выпадающих осадков на по­верхности суши. Это отношение принято называть коэффициен­том стока. Речной сток определяется количеством осадков, вы­падающих в бассейне реки, и испарениями влаги в этом районе. Среднегодовое количество осадков зависит от географического расположения района, его расстояния от океана, особенностей рельефа местности и отчасти от характера растительности.

Мировой океан - неисчерпаемый водный резервуар. Однако содержащиеся в морской воде соли мешают ее использованию в сельском хозяйстве, промышленности и для питья без предвари­тельного опреснения. Морская вода - 3,5%-ный раствор солей, с незначительным количеством растворенных газов и органиче­ских соединений.

Сток рек распределен по территории страны неравномерно, что весьма неблагоприятно отражается на перспективах разви­тия народного хозяйства. На малоосвоенные и малозаселенные районы бассейнов Ледовитого и Тихого океанов (Сибирь, Даль­ний Восток и др.), большая часть территории которых характе­ризуется суровым климатом, приходится свыше 80% объема общего стока рек. В южных районах России с благоприятным для сельского хозяйства климатом, имеющих развитую про­мышленность и высокую плотность населения, отмечается все­возрастающий дефицит пресной воды. В жизни нашего общест­ва все более важную роль играют рациональное природопользо­вание, необходимость осуществления охраны природных ресур­сов наряду с их эксплуатацией. Решение этой серьезной про­блемы зависит от социального строя и уровня экономического развития страны. Одной из характерных черт этой важной про­блемы является необходимость прогнозирования неблагоприят­ных, нередко необратимых, последствий.

Озера являются естественными регуляторами речного сто­ка, а поэтому представляют большую ценность для водоснабже­ния и рыбоводства.

Кроме природных озер в нашей стране возведены искусствен­ные водоемы (водохранилища) для регулирования речного стока и улучшения условий судоходства и лесосплава. В бывшем СССР численность около 3 тыс. действующих и строящихся водохрани­лищ. Их суммарный объем превышал 1000 км³ . Свыше 90% объе­ма хранилось в 150 наиболее крупных водохранилищах, полный объем каждого, из которых превышал 1000 км³. Свыше 90% объе­ма хранилось в 150 наиболее крупных водохранилищах, полный объем каждого из них превышал 100 млн м³ .

Болота, покрывающие значительную часть России, оказы­вают серьезное влияние на влагообеспеченность отдельных рай­онов страны и речной сток. На северо-западе европейской тер­ритории нашей страны болотами занято до 40% территории, а на севере Западной Сибири - до 50-70%. Запасы воды в них дости­гают 3000 км³. Болота - естественные резервуары, регулирую­щие речной сток и обладающие уникальным биоценозом.

В горных районах речной сток пополняется за счет ледников, занимавших на территории бывшего СССР более 20 тыс. км², в том числе на Кавказе - 1430 км², на Памире - 8040, на Тянь- Шане - 6900, на Джунгарском Алатау - 960², на Алтае - 600, в Восточной Сибири - 400, на Камчатке и Корякском нагорье - 1510 км². Ледники содержат около 2400 км³ пресной воды. Ле­том, в период интенсивного таяния, ледники подпитывают гор­ные реки, что особенно важно для южных районов СНГ, где в летнее время не хватает воды для орошения.

Для рационального использования водных ресурсов необ­ходимо объективно знать и иметь расчетные данные - какое ко­личество воды требуется для удовлетворения всех потребите­лей не только на сегодняшний день, но и на перспективу.

Энергетические ресурсы гидросферы. Важное место в энергетической программе России отводится гидроэнергетике. На долю ГЭС приходится 13-15% общей выработки электро­энергии. Производство электроэнергии не вызывает загрязнения окружающей среды, однако плотины нарушают экологический баланс водоема, препятствуют свободной миграции рыбы, осо­бенно ценных (осетровых), влияют на уровень грунтовых вод, вызывают геологические изменения и отклонения.

Один из негативных факторов - большая площадь затопле­ния: равнинные ГЭС имеют высоту напоров 15-25 м, зеркало за­топления составляет несколько тыс. км2, удельная площадь зато­пления - 5-15 км2/тыс. кВт установленной мощности ГЭС. Для водохранилищ ГЭС на горных реках эта величина в 10-20 раз может быть ниже, чем на равнинных.

Гидроаккумулятивные электростанции создаются для под­страховки пиковых периодов потребления электроэнергии от атомных и тепловых электростанций. Приливно-отливные ГЭС строят в местах высоких приливов на морях при наличии узких заливов или каньонов, а также в устьях рек.

Малые гидроэлектростанции (МГЭС) строились еще в кон­це XIX - начале XX вв. До середины XX века они имели широ­кое распространение. Эти ГЭС экономически легче строить, бы­стрее отдача. В 1951-1965 гг. создавали крупные ГЭС, эти стан­ции в настоящее время и вырабатывают значительную часть гидроэлектроэнергии. В настоящее время начинает пробивать направление на строительство малых ГЭС как более экологич­ных и экономичных.