Задачи гидрологии в деле рационального использования и охраны водных ресурсов

Прежде чем, определить задачи гидрологии в деле рационального использования и охраны водных ресурсов, необходимо остановиться на значении воды в жизни человека и народном хозяйстве.

Человечество издавна использует воду в целях бытового водоснабжения. Первоначально это использование носило довольно примитивный характер. По мере развития культура бытового водоснабжения становится все более сложной и осуществляется с помощью создания специальных сооружений, улучшающих способы водоснабжения и качество воды.

Помимо бытовых целей, вода широко используется для промышленного водоснабжения. Отдельные отрасли промышленности потребляют огромные количества воды, и для удовлетворения их потребностей создаются водохранилища.

Бытовое и промышленное водоснабжение требует знания химического, гидробиологического и микробиологического состава воды, используемой для этой цели. Сооружение водохранилищ связано с изучением режима вод, заполняющих эти водохранилища.

Общеизвестно значение морского и речного транспорта. Движение судов по морям и рекам требует хорошего знания их глубин, течений, в них существующих приливов, волнения и других элементов режима. Сооружение морских портов требует знания прибрежной морской зоны, свойств грунтов морского дна и т.п.

Если первоначально реки использовались в их естественном состоянии, то в дальнейшем в реках создавались плотины и водохранилища, имеющие целью улучшение условий водного транспорта, водоснабжения городов и населенных пунктов, выработки электроэнергии в ГЭС и т.п. Строительство и эксплуатация плотин и водохранилищ требуют знания водного и ледового режима рек и особенностей их русел. Гидрологи должны уметь рассчитать потери на испарение с этих водохранилищ, а также уметь рассчитать, с какой интенсивностью будет происходить заиление водохранилищ.

Ряд районов Российской Федерации, расположенных в лесостепной, степной, полупустынной и пустынной зонах, либо постоянно, либо в отдельные годы испытывает недостаток в воде. Соответственно этому с целью уменьшения ущерба сельскому хозяйству требуется проведение мелиоративных мероприятий. Эти мероприятия в свою очередь вызывают значительные изменения в окружающей среде и, в частности, изменяют гидрометеорологические условия.

В связи со строительством и эксплуатацией многочисленных сооружений, создаваемых для орошения, от гидрологов требуется знание водного режима в тех водоемах и реках, воды которых будут использованы для орошения, умение производить расчеты потерь на испарение с водной поверхности и с поверхности суш, знание связи между поверхностными и подземными водами, химизма воды, взвешенных наносов, процессов заиления и т.п.

Следует отметить, что использование вод суши, а в соответствии с этим задачи гидрологии чрезвычайно разнообразны. В связи с этим гидрологами решается множество общих и частных задач, в число которых входит:

- систематизация и обобщение приемов и методов расчета гидрологических характеристик применительно к задачам проектирования водохозяйственных объектов;

- организация наблюдений за режимными характеристиками водотоков и водоемов и их анализ и обобщение;

- организация гидрометрических работ в период строительства и ввода в эксплуатацию гидротехнических сооружений и мостов;

наблюдения за влиянием вводимых сооружений на гидрологические и на гидравлические элементы потока и воздействием потока на сооружения;

- наблюдения за деформациями естественного русла, в особенности вблизи сооружений;

- наблюдения за изменением гидрохимических и гидробиологических характеристик водотоков и водоемов.

Наряду с традиционными задачами в гидрологии возникают и новые задачи. Сюда относятся прежде всего следующие задачи:

- Изучение состояния, тенденций развития и прогноз динамики природно-антропогенных гидрологических систем;

- изучение и оценка поверхностных и подземных вод как ресурсов для развития производительных сил и жизнеобеспечения населения, а также как элемент ландшафта и активный средообразующий фактор;

- изучение связи между гидрологическими и территориально-производственными (агроэкономическими, мелиоративными, транспортными, селитебными и др.) системами;

- изучение связи между гидрологическими режимами и продуктивностью водных и наземных систем.

Важность решения этих задач можно демонстрировать на следующем примере.

В бассейне Азовского моря, основными речными системами являются Дон и Кубань, изъятие воды составляет примерно треть от среднего многолетнего стока. Площадь орошения на Дону достигли 1.2 млн.га, а на Кубани 700 тыс.га, из которых 200 тыс. здесь занимают рисовые севообороты. Регулирование стока Цимлянским водохранилищем в интересах энергетики и водного транспорта привело к практическому прекращению половодий и иссушению пойменных земель на Нижнем Дону, подорвало естественное воспроизводство рыбного стада Азовского моря. Аналогичная ситуация сложилась и в бассейне р. Кубани. Все это требует оценки реакции региональных экосистем на изменения естественного водного режима реки.

На современном этапе развития к числу важнейших задач гидрологии в области водоустройства страны следует отнести следующие.

1. Восстановление и модернизация сети наблюдательных станций, обеспечивающих получение информации о режиме вод, в первую очередь - в створах, где наблюдения велись длительное время.

2. пересмотра современных представлений о параметрах стока в масштабах всей гидрографической сети.

3. Оценка изменения гидрологических условий в результате антропогенных воздействий на режим и качество природных вод.

4. Разработка методики определения допустимых воздействий на режим основных речных бассейнов страны.

5. Обоснование стратегии охраны качества природных вод.

6. Обобщение данных о гидрофизическом режиме водных объектов, который претерпел изменения под влиянием хозяйственной деятельности.

7. Составление обосновывающих материалов по составу первоочередных объектов и мероприятий, имеющих своей целью водообеспечение страны, предупреждение вредного воздействия вод и охраны их от загрязнения и истощения.

В заключение этого раздела отметим значение гидрологии для обороны и проведения военных действий.

На суше водные объекты являются естественными рубежами. При проведении военных операций необходимо знание глубин и режима рек для строительства мостов, организации переправ; в зимний период, когда большинство наших рек покрывается ледяным покровом знание его толщины и прочности приобретает исключительное значение при форсировании рек. Оборона и проведение военных операций на море требуют хороших знаний глубин, режима течений, волнений, колебаний уровней, прозрачности и плотности морской воды.

Водные ресурсы и водный баланс земного шара и страны. В земном шаре непрерывно происходит обмен влагой между гидро-, атмо -, и литосферой, состоящий: из испарения, переноса водяного пара и его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и образования стока. Это называется влагооборот земного шара.

Различают несколько видов влагооборота в природе.

1. Большой (или мировой) влагооборот водяного пара, испарившийся с поверхности океанов, переносится ветрами на материки, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан со стоком.

2. Малый (или океанический) влагооборот - водяной пар, испарившийся с поверхности океанов, выпадает в виде атмосферных осадков в океан.

3. Внутриконтинентальный влагооборот - вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Под влиянием солнечной радиации с поверхности океанов, морей, рек, озер и других водоемов, с поверхности ледников, снежного покрова и льда, почвы и растительности ежегодно в среднем испаряются огромные массы воды - 577 тыс. км³.

Основным источником поступления воды в атмосферу является испарение с поверхности океанов и морей и составляют 505 тыс. км³. Остальные 72 тыс. км³ в атмосферу поступают с суши. Большая часть этой влаги в размере 458 тыс. км³, выпадает в виде атмосферных осадков

непосредственно на поверхность океанов и морей. Меньшая часть этой влаги - 47 тыс. км³, переносится воздушными потоками на континенты и острова и затрачивается на формирование рек, озер, болот, ледников и грунтовых вод и создает условия для существования и развития природной среды и деятельности человека.

Такой же объем воды (47 тыс. км³) ежегодно возвращается в океан с поверхностными (45 тыс. км³) и грунтовыми (2 тыс. км³) водами.

Общий запас воды в гидросфере около 1.4 10⁹ км³ (по Вернадскому). В процессе же ежегодного круговорота влаги участвует, как уже отмечалось, сравнительно небольшая этих вод, а именно 577000 км³.

Можно полагать, что запасы воды в гидросфере. остаются постоянными и объем воды, участвующий в круговороте, в среднем (за год) не меняется. Для данной геологической эпохи это предположение вполне реально. Об этом свидетельствует постоянство уровней поверхности Мирового океана. Таким образом, можно полагать, что существует равновесие между приходной (атмосферные осадки) и расходной (испарение, сток) частями круговорота влаги на земном шаре.

Соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранное время для рассматриваемого объекта называют водным балансом.

Для составления водного баланса земного шара принимаем следующие обозначения:

Еo, Еc, Еб - соответственно испарение в среднем за год с поверхности Мирового океана, периферийных областей суши и бессточных областей суши; Ез- испарение с поверхности земного шара.

Хо, Хс,. Хб, Хк - соответственно среднюю годовую сумму атмосферных осадков, выпадающих на поверхность океана, периферийных и бессточных областей и на континент; Хз- годовую сумму осадков для всего Земного шара; Ус - средний суммарный годовой сток с суши; U, У E - соответственно суммарное испарение, речной сток и подземные воды континента.

При принятых обозначениях водный баланс земного шара примет следующий вид:

для малого круговорота влаги в пределах океана
Eo = Xo + Ус	(1)
для большого круговорота влаги
Ес + Ус =Хс	(2)
для бессточных областей
Еб = Хб	(3)
для континента
Х = У + U + E	(4)

Следует отметить, что суммарные осадки на континент (Х) - включают в себя осадки, выпадающие за счет влаги, принесенной с океана и сопредельных территорий, осадки, образующиеся за счет местного испарения и конденсация влаги.

Очевидно, что для всего земного шара в целом справедливо равенство

Ез =Ео + Ес + Еб = Хо + Хс + Хб	(5)
или
Ез =Хз	(6)

Таким образом, количество воды, испаряющейся с поверхности океанов, морей и суши, равно количеству осадков, выпадающих на эти поверхности.

Ресурсы речного стока Российской Федерации составляют:

1) Формирующиеся в пределах РФ - 4021 км³/год,

2) Поступающие из сопредельных районов - 220,8 км³/год,

3) Суммарные - 4242 км³/год.

Отметим, что большая часть речного стока (80%) формируется в малонаселенных северных и северо-восточных районах страны и поступает в основном в бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. Так например, ресурсы речного стокаСибири и Дальнего Востока, с учетом поступающих из сопредельных районов, составляют 3443 км³/год.

Речная система, речной бассейн и их характеристики. Атмосферные осадки, выпадают на поверхность земли в жидком виде, и талые воды стекают на поверхность земли вы виде мельчайших струек. Эти струйки размывают поверхность земли, образуя временные эррозионные борозды. Сливаясь вместе, они образуют ручьи. К ним присоединяются ручьи, вытекающие из родников и болот. Слияние ручьев дает начало речкам. Воды этих последних, сливаясь вместе, формируют сначала небольшие, затем все более крупные реки. Водность рек усиливается притоком подземных вод, дренируемых речными руслами. Реки выносят свои воды в океан, моря или озера. Река, впадающая в один из таких водоемов, называется главной рекой, а реки, впадающие в нее - ее притоки. Различают притоки различных порядков. Реки, впадающие непосредственно в главную реку, называются притоками первого порядка, притоки этих притоков - притоками второго порядка и т.д.

Водосбор реки, и вся толща почво-грунтов, с которой вода поступает в реку, называется речнымбассейном. Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называется речной системой. Бассейн реки состоит из поверхностного и подземного водосборов. Участок земной поверхности, с которого стекают воды в отдельную реку или в речную систему, представляет поверхностный водосбор. Подземный водосбор - толща грунтов, из которой вода поступает в реки, озер и водохранилища. Следовательно, различают поверхностный и подземный (грунтовый. почвенный) сток. Границы подземного водосбора определить трудно. Граница поверхностного водосбора фиксируется достаточно точно водораздельной линией по карте с горизонталями. Водораздельная линия речного бассейна представляет замкнутый контур, определяющий смежные водосборы. На практике за площадь бассейна реки принимается площадь поверхностного водосбора.

Каждая река и ее бассейн могут быть охарактеризованы количественными показателями - гидрографическими характеристиками. К ним относятся длина реки и ее притоков, строение гидрографической сети, ее густота, площадь водосбора, уклоны реки и водосбора, их высотное положение и др.

Длина реки - это расстояние в километрах от устья до истока. Для ее определения пользуются крупномасштабными картами.

Бассейны рек нередко отличаются асимметрией, что имеет большое значение для формирования водного режима рек. Характеристикой асимметрии бассейна служит коэффициент асимметрии Ка, определяемый по формуле

(7)

где fл, fп, F - соответственно площадь левобережной, правобережной части бассейна и всего речного бассейна.

Большой интерес представляет средний уклон бассейна iср, который может быть вычислен по формуле

(8)

где h - разность отметок соседних горизонталей на гипсометрической карте;

- длина горизонталей в пределах бассейна; F - площадь бассейна.

Дата добавления: 2014-01-14