Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Социальная экология. Взаимодействие общества и природы. Учебное пособие
.pdf
§ 8. ВОДА В ПРИРОДЕ 91
ренными широтами. Вся атмосферная влага соответствует
слою воды 2,5 см (при равномерном распределении по поверх
ности Земного шара).
Заметим, наконец, что животные и растения тоже со
держат воду, причем в довольно большом количестве. В сред
нем на 80 % они состоят из воды. Это так называемая биоло
гическая вода. Общее количество ее — 1,1 тыс. км
3
(свыше по
ловины того количества, что содержится в русле рек).
Уникальным хранилищем пресной воды является озеро
Байкал. В нем одном содержится воды в 11 раз больше, чем во
3
всех реках мира, а именно 23 тыс. км
. Наибольшая глубина
Байкала составляет 1,741 км. Это самое глубокое озеро на пла
нете, содержащее пресную воду самого высокого качества.
Озеро образовалось в глубокой тектонической впадине — рас
щелине в земной коре, и эта расщелина, возможно, продолжает расти.
Распределение объема воды в руслах рек различных кон-
3
тинентов таково: Южная Америка — 1000 км
, Àçèÿ — 565,
Северная Америка — 250, Африка — 195, Европа — 80, Авст-
3
ралияиОкеания—25км
.
Для целей гидроэнергетики и орошения, а также для водоснабжения городов и иных нужд, например, рекреационных,
на реках сооружаются искусственные водохранилища, которые могут достигать довольно больших размеров. Например,
в Африке одно из крупнейших в мире по объему воды водо
3
хранилище на реке Замбези вмещает более 160 км
воды, что
составляет более 80 % объема воды всех африканских рек,
вместе взятых. Братское водохранилище на Ангаре вмещает
3
169 êì
. Это более чем вдвое превышает объем всех рек Евро
пы. Общий объем воды в руслах рек бывшего Советского Со
юза — не менее 235 км
3
.
Однако более точной характеристикой запасов водных ре
сурсов в реках является не их единовременный объем, а вели
чина стока, измеряемая объемом протекающей через русло во
ды в течение единицы времени, обычно года. Например, реч
ной среднемноголетний сток для бывшего Советского Союза
составляет величину 4384 км
3
в год1. Почти весь он (91,3 %)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Комплексное использование и охрана водных ресурсов. — М.,
1983. — Ñ. 17.
92 ГЛАВА IV. ВОДА
приходится на территорию России (4003 км3в год). Сток всех
3
рек мира равен 47 тыс. км
â ãîä.
Величина стока (расход воды в реке) напрямую зависит от
площади речного бассейна (площади водосбора). Чем больше
площадь водосбора, тем больше сток (при прочих равных
условиях, главным образом климатических). Впрочем, иногда
это правило нарушается. Например, расход воды в Енисее —
самый большой в России, хотя по площади бассейна он усту
пает Обскому бассейну, самому крупному в стране. В целом
величина речного стока определяется разностью между ко
личеством осадков, выпадающих на территории речного
бассейна, и испарением влаги с этой территории. Отноше
ние величины стока к осадкам называют коэффициентом сто
ка для бассейна. Для всей населенной суши коэффициент сто-
ка равен 0,38 — означает, что в Мировой океан стекает 38 %
выпавших над сушей осадков, все остальное испаряется.
Более всего пресной воды в Южной Америке, где сток
2
ñ1êì
составляет 661 тыс. м3в год, и на островах Океании
(Новая Гвинея, Новая Зеландия, Тасмания и др.), где сток
2
ñ1êì
составляет 1566 тыс. м3в год. Хуже всего обстоит дело
в Австралии. Здесь обеспеченность речным стоком равна
3
39 òûñ. ì
вгодс1км2.
Особое место занимает Антарктида. Реки здесь не текут.
Тем не менее, именно здесь сосредоточено (в виде льда) 62 %
пресных вод планеты. Почти все осадки (в виде снега) остают
ся на континенте. Сползающий в океан лед и временные пото
ки талой воды можно в расчет не принимать. Общее таяние ан
тарктического льда возможно лишь при потеплении климата
с ростом парникового эффекта.
-
-
-
-
-
-
-
3. Вода — возобновляемый ресурс
Практически единственным источником всей пресной во
ды на Земле является влага, испаряющаяся с поверхности Ми
рового океана. Объем ежегодного испарения — 505 тыс. км
Это составляет 1/2500 долю общего объема воды в океане. Вся
эта испарившаяся влага в конце концов снова возвращается
-
-
3
.
§ 8. ВОДА В ПРИРОДЕ 93
Ðèñ. 1. Глобальный гидрологический цикл (в тыс. км3â ãîä)
в океан в виде осадков и речного стока (рис. 1). Таким образом, океанические воды возобновляются приблизительно каждые 2500 лет. Возобновление воды, хотя и гораздо медленнее,
происходит в полярных и подземных льдах — за 10 тыс. лет.
Горные ледники, сползающие по склонам со скоростью около
1мвсутки,обновляются значительно быстрее — за 1600 лет.
Водообмен глубоких подземных вод происходит еще быстрее — 1400 лет.
Водообмен поверхностных вод гораздо более активен.
Так, например, в озерах полная смена водной массы происхо
дит за 17 лет, а в болотах и почве — за 5 лет и 1 год соответст
венно. Наиболее подвижной среди прочих поверхностных вод
является вода в руслах рек. Здесь скорость водообмена состав
ляет всего лишь 16 дней. Вдвое быстрее происходит влагообо
рот в атмосфере. Атмосферная влага обновляется в среднем
каждые 8 дней. Однако безусловный рекордсмен по активно
сти водообмена — биологическая вода. Полная ее замена в жи
вых организмах происходит всего за несколько часов.
Для растений важную роль в процессе водного обмена иг
рает так называемая транспирация влаги — испарение воды
через листовую поверхность. Например, взрослые деревья ли
ственных пород (клен, ива, ольха) испаряют за вегетационный
-
-
-
-
-
-
-
-
94 ГЛАВА IV. ВОДА
период 12–15 тыс. м3влагис1гаплощади. Даже пшеничное
3
поле за период вегетации испаряет примерно 2 тыс. м
/ãà.
В целом на транспирацию воды растениями расходуется до
3
30 òûñ. êì
воды в год, что составляет 40 % испарения со всей
ñóøè.
Общий объем испарения с поверхности Земного шара со
ставляет 577 тыс. км
осадков возвращается в океан — 458 тыс. км
дает 119 тыс. км
воды, которое испаряется с поверхности суши (72 тыс. км
3
в год. Большая часть этой влаги в виде
3
.Насушувыпа
3
осадков в год. За вычетом того количества
3
выпадающие на сушу осадки в виде речного стока возвраща
ются в океан. Таким образом, объем речного стока получается
47 тыс. км
3
. Эту величину можно получить и другим способом
как разницу между испарением и осадками в пределах площа-
3
ди Мирового океана: 47 тыс. км
.
Ежегодно возобновляемые запасы пресной воды формируются почти исключительно речным стоком. Ежегодно возобновляемые запасы подземных вод, в связи с их низкой активностью водообмена, более чем на порядок меньше. Поэтому на
порядок меньше должно быть и их потребление. Иначе объем
подземных вод начнет истощаться, подобно иным минеральным ресурсам.
Впрочем, России истощение водных ресурсов в целом по-
3
ка не грозит. Помимо речного стока более 4 тыс. км
â ãîä îíà
располагает возобновимыми запасами подземных вод в объе
3
ìå 114,8 êì
в год. Между тем, прогноз водопотребления на
начало XXI века для всей территории бывшего СССР опреде
3
ляется цифрой 620 км
3
øå 400 êì
в год. Главная наша беда — не количественное,
в год1и для России вряд ли будет боль
а качественное истощение водных источников. Поэтому забо
та о чистоте озер и рек, а также подземных вод остается важ
нейшей. К тому же следует иметь в виду крайнюю неравно
мерность в распределении водных ресурсов и их потребителей
на территории страны.
-
-
),
-
-
-
-
-
-
-
1
Пиннекер Е. В. Охрана подземных вод. — М., 1979. — С. 8.
§ 8. ВОДА В ПРИРОДЕ 95
4. Физико-химические свойства воды
Вода — самое распространенное и самое удивительное ве
щество на Земле. Молекула воды содержит два атома водоро
да, связанных с атомом кислорода таким образом, что общие
электронные пары оказываются смещенными к кислороду.
Благодаря этому молекула воды представляет собой электри
ческий диполь. Последнее обстоятельство исключительно
важно. Оно обусловливает специфические связи между моле
кулами воды, так называемые водородные связи.Еслибыне
эти связи, то вода кипела бы уже при –80 °С,ивземныхусло
виях жидкой воды не существовало бы. Дополнительная энер
гия, необходимая для разрыва водородных связей, повышает
точку кипения на целых 180 градусов.
При снижении температуры воды кинетика молекул уменьшается, водородные связи между ними усиливаются и начинают формироваться ассоциации молекул со специфической
внутренней структурой, обусловливающей рост объема воды.
Это уменьшение плотности воды на первых порах не может
компенсировать обычное для всех веществ нарастание плотности (сжатие), характерное при процессах охлаждения вещества
и обусловленное уменьшением кинетической энергии молекул. Компенсация наступает лишь при +4 °С. При более низких температурах эффект формирования ассоциаций молекул
(число которых ускоренно растет) берет верх и плотность
воды уменьшается. Этим объясняются хорошо всем известные
факты, что при температуре +4 °С вода достигает максималь
ной плотности, а лед в открытых водоемах начинает формиро
ваться в поверхностном слое воды. Ледяной панцирь на повер
хности воды служит тепловым барьером и не дает погибнуть
в зимнее время населяющим водоемы живым организмам.
Среди всех твердых и жидких веществ на Земле (кроме жидко
го аммиака NH
) вода обладает самой высокой теплоемкостью.
3
Поэтому наличие значительных водных масс на той или иной
территории препятствует чрезмерным перепадам температуры
(смягчает климат). По этой же причине водные потоки (напри
мер, морские течения) способны переносить огромное количе
ство тепла.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
96 ГЛАВА IV. ВОДА
У воды самое высокое, по сравнению с другими жидкостя
ми (кроме ртути), поверхностное натяжение, а также исключи
тельная смачивающая способность. Благодаря этим двум свой
ствам вода может подниматься вверх по узким канальцам (ка
пиллярам), преодолевая силу тяжести. С капиллярностью тес
но связаны механизмы подъема влаги через корневую систему
растений. Поразительно, что конденсирующаяся в капиллярах
вода замерзает лишь при температуре –70 °С, образуя амор
фную, стекловидную массу (открытие Б. В. Дерягина)
1
. Вот
почему капиллярная вода не разрывает сосуды растений даже
в самые суровые зимы.
Вода — практически универсальный растворитель. Она
растворяет больше веществ и в большей степени, чем любая
другая жидкость. В живых организмах вода образует среду для
переноса питательных веществ к клеткам и для удаления вредных веществ. Заметим, что эту функцию способна выполнять
только пресная вода. Лишь в этом случае вода способна проникать через клеточную мембрану внутрь клетки под воздействием осмотического давления. Так, при использовании морской воды в качестве питьевой организм будет обезвоживаться, так как в этом случае происходит осмотический переход
воды в обратном направлении.
-
-
-
-
-
-
§ 9. Вода как ресурс
и объект хозяйственной деятельности
1. Основные направления водопользования
Роль воды в жизни человека огромна. Она представляет
собой незаменимый ресурс. Дефицит чистой пресной воды,
возможно, окажется решающим фактором в ограничении чис
ленности развивающегося человечества. Во многих района
Земного шара этот фактор уже начинает действовать.
Сам человек на 70 % состоит из воды. Причем у новорож
денного содержание воды доходит до 75 %, и в течение жизни
это содержание постепенно падает. У взрослого человека рас
1
Авокян А. Б., Санин Н. В., Эльпинер Л. И. Опреснение воды в природе
и народном хозяйстве. — М., 1987. — С. 25.
-
-
-
§ 9. ВОДА КАК РЕСУРС И ОБЪЕКТ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 97
9
33
êì
4000 2500
3000
2000
1000
00
50 1960 19701980
1
Ðèñ. 2. Ежегодное потребление воды в глобальном масштабе (à)
и в разных странах в расчете на одного человека (á)
àá
2000
1500
1000
500
ì
Ãàíà
Швейцария
Иордания
пределение воды в организме характеризуется следующими
цифрами: около 3,5 л приходится на плазму крови, около
10,5л—налимфу и внеклеточную воду ткани. Все остальное
количество (около 40 л) составляет внутриклеточная вода. Постепенное обезвоживание клеток организма выступает как
важнейший фактор в процессах старения. Обмен веществ —
основа жизни — не может происходить иначе, как в водных
растворах.
Социальная жизнь тоже базируется на «обмене веществ»,
включающем в себя производство, потребление, образование
и удаление отходов. Эти процессы также происходят с актив
ным участием воды (рис. 2). Нет ни одной отрасли хозяйства,
которая могла бы существовать и развиваться без воды.
Различают два вида использования водных ресурсов: во
допользование с изъятием воды из источников (водопотребле
ние) и водопользование без изъятия воды из источников, ка
ким является, например, гидроэнергетика, водный транспорт,
рыбное хозяйство и т. д.
В промышленности вода служит необходимым технологи
ческим фактором при разбавлении, растворении, выщелачива
ÑØÀ
-
-
-
-
-
-
98 ГЛАВА IV. ВОДА
нии, кристаллизации, омылении, охлаждении, промывке и
других процессах.
Производство любой продукции можно характеризовать
показателем водоемкости. Например, водоемкость производ
ства стали оценивается величиной 250 м
500–1000, целлюлозы — 1500 м
3
/т. Одной из наиболее водоем
3
/т, пластмассы —
ких отраслей является производство синтетического волокна.
Водоемкость этого производства может доходить до 5000 м
3
/ò.
Крупнейший потребитель воды — теплоэнергетика. Теп
ловая электростанция мощностью 1 млн кВт потребляет около
3
1,4 êì
воды в год (на выработку пара и для охлаждения агре
гатов). Это равняется примерно 10 % стока такой реки, как Ку
бань. Поэтому ТЭС большой мощности сооружают обычно по
близости от крупных рек и водоемов.
И все же основным потребителем воды в структуре со-
временного производства является сельское хозяйство. Íà-
пример, в 1980 году сельскохозяйственное водопотребление в
СССР в 1,6 раза превосходило водопотребление в промышленности и коммунальном хозяйстве вместе взятых. К тому же
сельскохозяйственное водопотребление на 75 % является безвозвратным, то есть три четверти всего объема используемой
воды безвозвратно теряется за счет испарения. Для сравнения:
в промышленности безвозвратное водопотребление составляет
около 12 %.
Почти 90 % воды в сельском хозяйстве идет на орошение
земель. Для орошения 1 га сельскохозяйственных угодий на
3
весь период вегетации требуется 8–12 тыс. м
1
íûì íà 1980 ãîä
, общая площадь орошаемых земель мира
âîäû. Ïî äàí
оценивается в 240 млн га. Отсюда нетрудно подсчитать, что
общий расход воды на орошение в мировом сельскохозяйст
3
венном производстве составляет около 2400 км
в год. Это
почти 80 % стока всех рек Европы. В обозримой перспективе
площадь орошаемых земель возрастет, по-видимому, до
500 млн га и, следовательно, расход воды на орошение достиг
3
нет величины порядка 5000 км
2
вого речного стока
.
в год, то есть около 12 % миро
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Львович М. И. Вода и жизнь. — М., 1986. — С. 126.
2
Òàì æå. — Ñ. 129.
§ 9. ВОДА КАК РЕСУРС И ОБЪЕКТ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 99
В России из-за повышенного расхода воды на орошение
в пределах водосборного бассейна Азовского моря последнее
стало более соленым, что привело к существенному снижению
его рыбопродуктивности. Как показали расчеты, более трети
объема речного стока в бассейне Дона забирается на ороше
ние. Такая же картина наблюдаетсяивбассейне Кубани
1
.
Неуклонно растет водопотребление в сфере коммунально
го хозяйства. В 1970 году в СССР оно составляло 14 % про
мышленного водопотребления, а через 10 лет эта доля состави
ла уже 22,5 %. Любой крупный город, оборудованный водо
проводом и канализацией, расходует 300–600 л воды в сутки
на каждого жителя. Примерно одна треть этого количества
идет на удовлетворение личных потребностей человека, одна
шестая часть — на работу общественных коммунальных предприятий, и еще одна шестая — для поддержания чистоты в городе. Оставшаяся треть суточного расхода воды потребляется
предприятиями города.
Важно подчеркнуть, что сфера коммунально-бытового водопотребления предъявляет чрезвычайно высокие требования
к качеству воды и к стабильности ее подачи. Существуют службы, которые ведут систематический контроль за состоянием
водных ресурсов. Для питьевой воды существуют стандарты
качества (с 1937 года). В настоящее время стандарт содержит
30 показателей. Это в России. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует более 100 показателей качества
питьевой воды. Согласно ГОСТ 2474-82, питьевая вода должна
иметь такие характеристики: pH = 6,0–9,0, сульфаты £ 500 мг/л,
хлориды £ 350, сухой остаток £ 1000, нитраты £ 45, ñâèíåö £ 0,031, селен £ 0,001, бериллий £ 0,0002 мг/л и т. д.
К сожалению, требования государственного стандарта на прак
тике далеко не всегда выполняются.
-
-
-
-
-
-
2. Регулирование водных ресурсов
Необходимость регулирования водных ресурсов возника
ет в связи с задачей надежного водоснабжения хозяйственных
систем в условиях сезонной или многолетней неравномерно
1
Хубларян М. Г. Проблемы реки Волги и ее бассейна // Глобальные
проблемы биосферы. Вып. 1. — М., 2001. — С. 141.
-
-
100 ГЛАВА IV. ВОДА
сти стока. Из-за сведения лесов, выполняющих, как известно,
водорегулирующую функцию, фактор неравномерности стал
еще более существен. Регулирование водных ресурсов дости
гается с помощью специальных гидротехнических сооруже
ний (плотин, дамб, каналов и т. д.) и разнообразных мероприя
тий (искусственного лесоразведения, изменения морфометри
ческих элементов рек и т. д.).
В мире существует огромное количество искусственно со
зданных водохранилищ и водоемов с искусственно поднятым
в них уровнем воды. В России находится несколько десятков
зарегулированных озер, в том числе средних и крупных, таких
как Ильмень, Выгозеро, Белое, Онежское и т. д. Зарегулирован
даже Байкал, содержащий более 98 % всех пресных поверхно
стных вод страны. С постройкой ГЭС на Ангаре (Иркутская
ГЭС) уровень Байкала, из которого вытекает Ангара, повысился на 1,1 м.
Крупные водохранилища созданы на Волге, Каме, Днепре,
Дону, Иртыше, Енисее и других реках. Из водохранилищ объемом более 100 млн м
3
(статистика водохранилищ меньшего
объема отсутствует) 91 водохранилище приходится на европейскую часть России (включая Уральский экономический
район) и лишь 11 водохранилищ — на Сибирский и Дальневосточный регионы. Тем не менее, по общему объему водохранилищ азиатская часть России оказывается на первом месте
3
(387,1 êì
), европейская часть — на втором (305,1 км3).Вшес
ти водохранилищах одного только Восточно-Сибирского реги
1
содержится 273, 4 км3воды с полезным объемом
îíà
144,8 êì3.
Экологическая ценность водохранилищ состоит прежде
всего в том, что они увеличивают устойчивый речной сток на
20–30 %. Это дает возможность без существенных издержек
для гидроэнергетики решать вопросы водоснабжения, орошае
-
-
-
-
-
-
-
-
2
-
1
Беличенко Ю. П., Швецов М. М. Рациональное использование и охра
на водных ресурсов. — М., 1986. — С. 16.
2
Разность между нормальным подпертым уровнем (НПУ) и уровнем
мертвого объема (УМО) называют глубиной сработки водохранилища, а со
ответствующий ей объем — полезным объемом.
-
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]