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:

И₀ + И_с =О_о + О_С ,

где И_{о ,} И_с – испарение с поверхности океана и суши.

И_о + И_с – 452600 +72500 = 525100 км³;

О_о и О_с – осадки на поверхности океана и на поверхности суши;

О_о + О_с = 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 суток (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 км², на Тянь-Шане – 6900 км², на Джунгарском Алатау – 960 км², на Алтае – 600 км², в Восточной Сибири –400 км², на Камчатке и Корякском нагорье – 1510км². 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 ХIХ века – начале ХХ века. До середины ХХ 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.