1.6. Мировые водные ресурсы

Воды Земли, пригодные для использования, называют водными ресурсами. К ним относятся практически все воды на Земном шаре: речные, озерные, морские, подземные, почвенная влага, лед

горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы, исключая воды, физически или химически связанные с минералами или биомассой. С точки зрения водообеспечения к водным ресурсам

следует отнести лишь те природные воды, которые могут быть использованы на данном уровне развития техники при конкретном состоянии водного источника. Самыми ценными для хозяйства

и личных потребностей человека являются пресные воды суши.

На практике водными ресурсами называют запасы поверхностных и подземных вод какой-либо территории.

Для оценки водных ресурсов отдельных стран используют карты элементов водного баланса, позволяющие получить количественные характеристики запасов пресных вод любой территории.

Однако определение водных ресурсов отдельных стран в рассматриваемом аспекте не всегда возможно. Немало рек протекает по территориям, принадлежащим различным странам, или по границам между странами, нередко озера пересекаются государственными границами, к тому же следует учитывать и несовпадение поверхностного и подземного водосборов. Примером может

служить Болгария. Полный речной сток этой страны, формируемый в пределах ее территории, составляет лишь 18 км3, но граница государства проходит по Дунаю, годовой сток которого

равен 170 км3, т. е. в 10 раз больше, чем с территории собственно Болгарии. В подобных случаях балансовая оценка водных ресурсов требует заключения особых международных соглашений

для решения правовых вопросов.

В некоторых работах, посвященных исследованиям и [расчетам мирового водного баланса и мировых водных ресурсов, приводятся данные об обеспеченности водными ресурсами на душу населения в пределах каждого из континентов (табл. 1.5).

Из табл. 1.5 видно, что Европа и Азия наименее обеспечены водными ресурсами, Южная Америка и Австралия располагают наибольшим количеством пресной воды. Однако осредненные по большим территориям характеристики обеспеченности водными ресурсами дают искаженное представление о якобы огромных количествах воды, находящихся в распоряжении человека. Вследствие неравномерного распределения поверхностного и подземного стоков по территории, значительных их колебаний но годам и сезонам во многих районах Земного шара уже давно ощущается напряженность водохозяйственного баланса.

Свойства воды и процессы в морях, озерах и водохранилищах*

2.1. Соленость, температура и плотность морской воды

Морская вода отличается от воды пресных водоемов горькосоленым вкусом, плотностью, прозрачностью и цветом, более агрессивным воздействием на строительные материалы и рядом других свойств, что объясняется содержанием в морской воде значительного количества растворенных твердых веществ и газов.

Благодаря сильно выраженной полярности и большому дипольному моменту вода обладает высокой диссоциирующей способностью. Поэтому морская вода, по существу, является слабым, полностью ионизированным раствором со щелочной реакцией (рН = 7,8...8,3).

Приведенное к вакууму весовое количество, выраженное в граммах, всех твердых веществ, растворенных в 1 кг морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты превращены в оксиды и органические вещества сожжены при температуре 480°С, принято называть соленостью морской воды.

Обозначается соленость символом S. За единицу солености принимают 1 г солей, растворенных в 1000 г морской воды, и называют промилле (%_о). Средняя соленость Мирового океана S=35%₀.

Соленость морей отличается от солености Океана, что зависит от их физико-географического положения и степени обособленности от Океана. В Средиземном и Красном морях, например, соленость больше солености Океана — 38 и 41 %0 соответственно; соленость в Черном море— 18,3%0, Каспийском — 12,8%о, в Аральском — 10,3%о-

Содержание солей в водах озер в еще большей степени отличается от средней солености Океана, что объясняется различной степенью минерализации источников питания, проточностью и климатическими условиями. В пресных озерах S<1%₀, солоноватых — l%o<S<24,7%o, соленых — 24,7%0<5<47%о и минеральных — S>47%o. В водохранилищах вода пресная.

Установлено, что содержание растворенных минеральных веществ в морской воде может изменяться в очень широких пределах (от 0 до 40%о), но процентное соотношение с достаточной для практических целей точностью может быть принято постоянным. Эта закономерность получила название постоянства солевого состава морской воды.

В речной воде количество растворенных веществ сильно зависит от физико-географических условий и колеблется от сотых долей грамм-моля до нескольких граммов на 1 л воды, но, как правило, в среднем не превышает 300...500 мг/л.

В питании озер значительную роль могут играть подземные воды с повышенной минерализацией. В зависимости от географической зоны состав минеральных веществ в воде озер и их количественное содержание меняются от 20...40 до 200...300 мг/л в зоне постоянного увлажнения. В зонах неустойчивого и недостаточного увлажения минерализация озер увеличивается до 700 мг/л и выше.

Соленость и солевой состав озер меняется по площади, глубине и во времени из-за несоответствия между составом и минерализацией вод озера и питающих его рек и подземных источников, а также в результате сезонного изменения проточности озер.

На химическую неоднородность вод озера влияют размеры озера, изрезанность береговой линии, неравномерность глубины, замедленный водообмен и другие факторы.

Соприкасаясь с атмосферой, вода морей, озер и водохранилищ поглощает из воздуха содержащиеся в нем газы: кислород, азот и углекислоту. Кроме того, эти газы поступают в воду в результате химических и биологических процессов *, протекающих в водоемах, и, наконец, выносятся реками.

Количество растворенных газов в воде определяется парциальным давлением и растворимостью газов, которая зависит от химической природы газов и уменьшается с повышением температуры. Кислород и азот в силу лучшей растворимости кислорода в воде находятся в соотношении 1 : 2.

Газовый режим озер, так же как и морей, связан с распределением температуры и жизнедеятельностью гидробиоптов. Последний фактор особенно резко проявляется в мелких хорошо прогреваемых озерах, где за счет фотосинтеза содержание кислорода может резко повыситься, вплоть до перенасыщения. При наличии легко окисляющихся веществ может наблюдаться дефицит кислорода.

Важнейшей характеристикой воды в каком-либо водоеме является ее температура. Нагревание поверхности воды происходит в основном прямой и рассеянной солнечной радиацией, а также в результате конденсации влаги, выпадения осадков, теплопередачи из воздуха и др. Кроме нагревания происходит и охлаждение воды за счет испарения, излучения тепла в атмосферу и конвективного теплообмена между океаном и атмосферой.

Изменение температуры воды может происходить также в результате горизонтальных и вертикальных перемещений масс воды.

Изменение температуры по поверхности морей, озер и водохранилищ зависит от зонального расположения, солености, гидрологического режима и происходит в достаточно широком диапазоне

от 0°С (для морей ~— 1°С) зимой, до 25...27°С и более летом.

Изменение температуры воды с глубиной в озерах связано с сезонными колебаниями, гидрометеорологическими условиями и морфометрическими характеристиками. В замерзающих озерах умеренной зоны наблюдаются весенне-летнее нагревание и осенне-зимнее охлаждение воды в озерах. Весеннее нагревание начинается перед вскрытием ледяного покрова. В это время температура воды повышается с глубиной. При нагревании воды подо льдом начинается частично вертикальная циркуляции, которая полностью развивается при таянии льда. В результате вода перемешивается и по всей толще устанавливается одна и та же температура, равная температуре придонных слоев. Дальнейшее нагревание происходит до температуры наибольшей плотности 4°С.

В летний период нагреваются верхние слои воды и температура с увеличением глубины понижается. Эта закономерность, особенно в мелких озерах, нарушается при ветроволновом воздействии.

Между верхним, теплым, слоем воды и нижним, холодным, формируется слой с высокими градиентами температуры по глубине— так называемый слой скачка, который может разрушаться в результате воздействия волнения или вертикальной конвекции, а также при осеннем охлаждении. В этот период температура по глубине выравнивается, чему способствует не только понижение температуры, но и усиливающиеся волнение и конвекция.

При зимнем охлаждении, которое начинается после установления по всей толще воды температуры 4СС, вода быстро охлаждается в верхних слоях, вплоть до замерзания .

Термический режим водохранилищ имеет много общего с термическим режимом мелководных озер, но в то же время обладает и некоторой спецификой. Весеннее нагревание преждевременно прекращается из-за поступления талых холодных вод с температурой 0°С с речным стоком. В дальнейшем температура воды в водохранилище повышается за счет нагревания и поступления теплых речных вод. Температура по площади водохранилища в это время распределена крайне неравномерно — колебания могут достигать нескольких градусов. Летом верхние слои прогреваются, особенно на мелководье, но в котловине водохранилища остаются холодные воды. В осенний период под влиянием ветроволновых факторов воды водохранилища хорошо перемешиваются, охлаждаясь одновременно почти до 0°С. Дальнейшее зимнее охлаждение ведет к образованию ледяного покрова.

Тепловые свойства морской воды мало отличаются от свойств пресной.

Плотностью морской воды — в океанографии принято называть отношение веса единицы объема воды при температуре в момент ее наблюдения к весу единицы объема дистиллированной воды при температуре 4°С. Следовательно, за плотность морской воды принимается ее удельный вес — величина безразмерная.

На глубине вода находится под давлением вышележащих слоев, и это давление, естественно, тем выше, чем больше глубина. В результате происходит сжатие воды и увеличение ее плотности. Поэтому при определении плотности или удельного объема воды на глубине необходимо учитывать ее сжимаемость, которая невелика, но если бы вода была несжимаема, то уровень океана поднялся бы на 30,4 м относительно его действительного положения.