Развитие представлений о водном балансе Земли

Водный баланс земли

Хозяйственное звено

Использование водных ресурсов, их преобразования, на­правленные на улучшение их как одного из компонентов сре­ды, окружающей людей, также происходят в процессе кру­говорота воды.

Иногда, а в последнее время все чаще высказывается мне­ние о том, что вода, используемая для хозяйственных нужд, снова попадает в круговорот воды. Это, конечно, верно и впол­не соответствует высказанной выше закономерности, если речь идет о глобальном круговороте, поскольку система этого про­цесса замкнута лишь в масштабе земного шара в целом. Но следует ли из этого положения вывод о том, что водные ресурсы неисчерпаемы, что, сколько бы их ни расходовали, они снова возвращаются в то же место или в тот же район, где водные ресурсы изъяты из данного источника. Такое понима­ние возврата воды в процессе круговорота слишком упрощенно и не соответствует характеру этого процесса в природе. Все дело в том, что вода, испарившаяся в процессе использования для хозяйственных нужд и поступившая в атмосферу в паро­образном состоянии, вовсе не обязательно снова выпадет в ви­де осадков в том же районе. Чаще всего атмосферная влага переносится на большие расстояния и может сконденсировать­ся и выпасть в виде осадков далеко от района, где она посту­пила в атмосферу. Если, например, вода, испарившаяся в ре­зультате орошения в Средней Азии, даст осадки в Гималаях, где и без того вода в избытке, то для Средней Азии эта вода будет потеряна. А если эта атмосферная влага сконденсирует­ся в виде осадков на акватории океана, то в таком случае она уже оказывается утраченной для суши в целом.

Характеристика качественных сторон процесса круговорота воды касается происхождения различных источников водных ресурсов, их взаимосвязи, но ничего не говорит о количествен­ной стороне круговорота - об объемах воды, переносимых в процессе его действия. Водный баланс позволяет количествен­но представить этот грандиозный процесс и вместе с тем слу­жит первичной основой для оценки водных ресурсов Земли.

Я не претендую на исчерпывающую полноту этого обзора и вижу его цель в том, чтобы осветить пути, которыми наука постепенно пришла к современным представлениям о водном балансе Земли, поскольку исторический анализ позволяет оце­нить уровень современных представлений по проблеме, дает возможность лучше ощутить прогресс, достигнутый по данно­му разделу гидрологии.

Довольно полное представление об истории исследований водного баланса Земли можно получить из весьма обстоятель­ного обзора И. А. Федосеева (1967), а также из сведений по этим вопросам, приведенных в некоторых моих работах (на­пример, Львович, 1945; Lvovich, 1971). В табл. 8 помещены сведения об известных расчетах речного стока как элемента, водного баланса Земли.

Всю историю расчетов мирового речного стока можно раз­делить на три периода.

1. До начала последней трети прошлого века, когда опреде­ления речного стока носили чисто оценочный характер и не исходили из каких-либо конкретных данных. Из известных та­ких оценок можно упомянуть оценку, сделанную К. Джонсо­ном.

2. Последняя треть прошлого столетия - первая треть теку­щего, характеризующаяся довольно субъективными оценочны,- ми данными для большей части суши, не изученной в гидро­логическом отношении, В результате выводы о мировом реч­ном стоке колебались в больших пределах - от 192 до 320 мм.

Таблица 8. Развитие представлений о размерах мирового речного стока

Автор (год издания труда)	Речной сток
км^3	мм	м3/сек	Приме­чание *
Э. Реклю (1872) А. И. Воейков (1884) Дж. Меррей (1887) Э. Брикнер (1905) Р. Фрицше (Fritzsche, 1906) Г. Вюст (Wust, 1922) А. А. Каминский (1925) В. Хальбфас (Halbfass, 1934) В. Мейнардус (Meinardus, 1934) Г. Вюст (Wust, 1936) М. И. Львович (1945) Е. Рейхель (Reichel, 1957) М. И. Будыко и Л. И. Зубенок (1956) Ф. Альбрехт (Albrecht, 1960) М. И. Львович (1960) М. И. Львович (1964) И. Марчинек (Marcinec, 1964) Р. Нейс (Nace, 1968) М. И. Будыко и Л. И. Зубенок (1970) М. И. Львович (1971)	31150 18800 25000 25000 30640 37100 30640 48000 36800 37000 37100 28800 33000 33500 35500 37300 36500 42600 36200		1160 1350 1150 1330	I I II II III IV III   IV IV IV   III   IV IV II IV III IV

* I - для периферийной части суши без полярных ледников;

II - для периферийной части суши с полярными ледниками;

III - для всей суши, исключая полярные ледники;

IV - для всей суши.

3.Начиная с 40-х годов текущего столетия по настоящее время. Для этого периода характерно появление составленных автором мировых карт речного стока, служивших для расчетов стока, а также применение для этой цели других приемов - расчетов по испарению (Будыко, Зубенок, Альбрехт) или по данным о речном стоке, сгруппированным по пятиградусным широтным поясам (Марчинек). В прошлом этот метод, приме­ненный Реклю, Мерреем, Фрицше, основывался на довольно скудных данных о речном стоке, но Марчинек (Marcinec, 1964) использовал для этой цели гораздо более полную информацию. Тем не менее за истекшие три десятилетия величины мирового стока колебались по результатам разных расчетов в пределах от 225 до 310 мм.

Следует, однако, отметить, что эти данные не вполне срав­нимы между собой, поскольку часть из них относится не ко всей суше, например исключая полярные ледники. В некоторых случаях авторы не отмечают, какую часть суши характеризуют их выводы о стоке, поэтому сделанное обобщение не лишено услов­ности.

Интересно, что из 20 расчетов мирового водного баланса, помещенных в табл. 8, половина всех приходится приблизитель­но на семь десятилетий до первого расчета автора, причем три из них связаны с фундаментальными исследованиями мирового водного баланса. Вместе с тем за истекшие 25 лет в печати поя­вилось десять расчетов других авторов, из которых шесть-семь относятся к фундаментальным исследованиям мирового водно­го баланса, где сток рассматривается как один из его элемен­тов. Это свидетельствует о возрастающем внимании к круго­вороту воды и количественной оценке отдельных его звеньев. Из моих четырех вариантов, помещенных в табл. 8, к числу фундаментальных относятся первый, завершенный в 1941 г., второй, определенный в 1960 г. и опубликованный в Физико-географическом атласе мира в 1964 г., и, наконец, четвертый, завершенный в 1971 г. и публикуемый в настоящей работе. Все эти три варианта потребовали пересчета всех элементов вод­ного баланса, причем наиболее трудоемкими и оригинальными были первый и последний. Оригинальность первого варианта за­ключалась в том, что в его основу была положена первая карта речного стока мира, а последнего - в применении диф­ференцированного метода изучения водного баланса территории, в основу которого положена система уравнений, позволивших перейти от одной карты полного речного стока к комплексу взаимоувязанных карт, включающих генетически различные ча­сти речного стока, а также характеристику ресурсов почвенной влаги.

Итак, по методу определения речного стока все варианты расчетов мирового водного баланса делятся на три группы.

1. Расчеты по широтным поясам, используя все имевшиеся к тому времени данные по стоку (Меррей, Фрицше, Вюст, Мар­чинек).

2. Расчеты по разности осадки минус испарение, причем ис­парение рассчитывалось специальными методами (Будыко, Зу­бенок, Альбрехт).

3. Расчеты по картам, составленным по данным наблюде­ний стока с использованием интерполяционных зависимостей для территорий, слабо изученных или неизученных в гидроло­гическом отношении.

Последний метод при сравнении со вторым в меньшей сте­пени зависит от точности наблюдений над осадками и исклю­чает погрешности, неизбежные при расчетах испарения. Это особенно важно, в связи с тем что при вычислении стока по разности осадки минус испарение погрешность определения реч­ного стока (σ_R) связана с погрешностью определения испаре­ния (σ_E) и коэффициентом стока (К_R) следующим соотноше­нием:

Если, например, ошибка расчетов испарения по тепловому балансу составляет 10%, что, несомненно, следует признать хо­рошим результатом, то для стока, определенного по разности осадки минус испарение, ошибка возрастет в 2 раза, если коэф­фициент стока равен 0,5, в 3 раза при коэффициенте стока в 0,33 и в 4 раза при коэффициенте в 0,25. Причем чаще всего коэффициенты стока бывают именно в этих пределах.

Если учесть, что коэффициент речного стока для всей суши составляет 0,37, то погрешность, допущенная при расчетах ис­парения, увеличивается по отношению к стоку в 2,7 раза. К это­му нужно еще прибавить погрешность за счет неточностей оп­ределения осадков.

Еще до первой четверти текущего столетия, когда гидроло­гических данных было мало, расчеты стока производились пу­тем вычисления испарения. И хотя методы расчетов испарения были менее точны, чем современные, этот способ довольно широко применялся из-за отсутствия непосредственных гидро­логических измерений. Но в связи с невыгодным соотношением ошибок относительно испарения и стока (ошибки в величинах стока, как показано выше, возрастают обратно пропорциональ­но коэффициентам стока) методы расчетов стока по испарению в гидрологии перестали применяться, тем более что во второй четверти текущего столетия появились гидрометрические дан­ные для большого количества рек. В тех же случаях, когда этих данных не было, их восполняли различные интерполяцион­ные методы, например, с помощью зависимостей стока от осад­ков и температуры воздуха, использованных мною при состав­лении первой карты речного стока, или интерполяционных зави­симостей, основанных на зональных структурных кривых водно­го баланса.

Дата добавления: 2015-07-13