7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Трудно переоценить влияние воды на все виды хозяй­ственной деятельности и на самого человека. Вода — основ­ной источник жизни на Земле, а проблемавлагооборота— центральная проблема климатологии. Влагооборот вклю­чает следующие процессы: испарение влаги с поверхно­сти суши и особенно с поверхности океана, конденсацию водяного пара и его превращение в осадки, вызванное не­упорядоченными и упорядоченными вертикальными дви­жениями в атмосфере и конденсацией влаги, выпадение влаги и ее возвращение в океан через реки и подземный сток. Этот круговорот воды в природе происходит непре­рывно.

По данным Атласа мирового водного баланса ( 1974 г.), под действием солнечной энергии ежегодно с поверхности Мирового океана испаряется около 505 тыс. км3воды. Из этого количества около 458 тыс. км3 попадает обратно в океан в виде осадков, 47 тыс. км3 переносится в системе атмосферной циркуляции на сушу и выпадаеттам в виде осадков. Кроме того, с поверхности суши, озер, рек через растительный покров испаряется еще около 72 тыс. кмводы. В общей сложности в виде осадков над сушей вы­падает около 119 тыс. км3 воды. Избыток осадков над ис­парением над сушей величиной 47 тыс. км3 возвращается обратно в Мировой океан через речной сток.

Цикл влагооборота (испарение—осадки—сток) замкнут. Однако замкнутость эта относительна. Небольшие коррек­тивы вносят инфильтрация влаги, идущая на пополнение подземных грунтовых вод, и человеческая деятельность, связанная с добычей и использованием подземных грун­товых вод. Отклонения от замкнутости в этом цикле мо­гут быть связаны также с накапливанием влаги, выпадающей в Антарктиде, Гренландии в виде снега и льда. В обо­зримом будущем отток воды из Антарктиды и Гренландии в виде айсбергов и накапливание твердых осадков, ве­роятно, будут компенсировать друг друга. Однако для оценки длительных тенденций изменений климата эти статьи прихода — расхода должны быть приняты во вни­мание.

В ледниковую эпоху уровень Мирового океана был, как известно, на 85 м ниже, а влага из океана была пере­качена в ледники посредством влагооборота. Любое тая­ние ледников приведет к повышению уровня Мирового океана. Масштабы данных процессов в прошлом состав­ляли столетия и тысячелетия. Значит, в ближайшем буду­щем около 40 тыс. км3 пресной воды — это тот устойчи­вый естественный резерв, не считая континентальных льдов типа Антарктиды и Гренландии, которым челове­чество будет располагать как источником пресной воды. Необходимое потребление человеком воды в будущем оценивается от 900 до 1400 м3 в год. Если согласно прог­нозу население земного шара на рубеже 2000 г. составит около 8 млрд. человек, то на душу населения придется около 5 тыс. м3 пресной воды, что примерно в 4—5 раз больше приведенной нормы. Однако вода распределена крайне неравномерно. Есть районы, где ее не хватает уже сейчас, это — зоны повышенной испаряемости. Имен­но здесь потребуются ирригационные работы. Простейшие оценки показывают, что для производства 1 т зерна или риса на поливных землях необходимо соответственно око­ло 1—3 тыс. т воды. Исходя из нормы 1 т зерна на трех человек, для населения в 8,1 млрд. человек нужно произ­водить 2,7 млрд. т в год, по нормам же развитых стран (800 кг в год на человека) потребуется около 6,5 млрд. т зерна в год, что в 5 раз выше, чем сейчас. Полагая, до не­которой степени оптимистически, что около 40% этого количества будет производиться на орошаемых землях, специалисты подсчитали, что таких земель должно быть порядка 650—660 млн. га, в настоящее время их около 200 млн. га. Потенциальное количество земель, пригодных для орошения, оценивается в 470 млн. га. Если считать среднюю продуктивность орошаемых земель порядка 4 т зерна с 1 га (предполагаемая продуктивность неорошае­мых земель к этому времени 1,8 т с 1 га), то при расходе 2200 м3 воды на 1 т зерна потребуется к 2000—2015 гг. изымать из стока 5850 км3 в год. Не меньше 90%, если не изменится система орошения, пойдет на испарение. Сюда следует добавить, что на промышленные цели из­расходуется около 4100 км3 воды, исходя из нормы 500 м3 в год на человека. Всего, таким образом, из стока нуж­но будет изымать около 10 тыс. км3 воды в год, что со­ставит около 25% годового стока.

Рассмотрим теперь, как климатические изменения влияют на влагооборот вообще и на сток. В гидрологии существует такое понятие, как соотношение между сред­ней годовой потребностью в воде для данного района и необходимой емкостью водохранилища в процентах от среднего годового стока. Связь эта нелинейная. Так, при годовой потребности в 60% необходимая емкость водохра­нилища может составлять 20—30%, и здесь обычно не возникает серьезных проблем при расчете. Однако при годовой потребности 70—80% и более необходимая ем­кость водохранилища может достигать 100% и более. А это существенно меняет весь подход к проектированию и эксплуатации водохранилищ, особенно если речь идет о крупных.

Достаточно привести такой пример. В Бразилии на Рио-Гранде имеется каскад электростанций, в верхней ча­сти которого, в Фурнасе, расположено большое водохра­нилище емкостью 15 млн. м3, площадь водосбора около 54 тыс. км2. При использовании всей воды водохранилища можно выработать 22 770 МВт/мес энергии (почти 50% всей производимой энергии в районе). Однако зависи­мость расчетов от климатических данных такова, что при потребной выработке электроэнергии с использованием 80% среднего годового стока различные модели расчетов дают необходимую емкость водохранилищ от 48 до 84%. В первом случае в строительстве других электростанций и водохранилищ нет необходимости, во втором — есть, и это будет связано с большими экономическими затра­тами.

Для некоторых районов США, например, при одних и тех же осадках порядка 750 мм годовой сток будет ме­няться в 4 раза при изменении температуры примерно на 20° С. При понижении температуры сильно уменьшается испарение и увеличивается сток. Потенциально возмож­ное испарение (эватранспирация) для влажных районов при средней годовой температуре (~4—5° С) составляет 500 мм, а при температуре около 27° С — уже около 1500 мм.

Колебания климатических условий требуют при проек­тировании и эксплуатации водохранилищ оптимального использования трех типов климатической информации: длительных рядов инструментальных измерений темпера­туры, осадков, испарения (потенциальная эватранспира­ция) ; палеоклиматической информации; прогнозов будущих изменений климата с учетом как естественных, так и антропогенных факторов.

При строительстве крупных ирригационных сооруже­ний крайне важно учитывать изменения климата. Извест­но, что во многих странах поливное земледелие — решаю­щий фактор экономики. Поэтому знание прошлого клима­та, а также прогнозы его будущих изменений, в особен­ности осадков, температуры, испаряемости, всегда будут иметь огромное значение при проектировании сооруже­ний. При этом потребность в данных о прошлом клима­тическом режиме и стоке часто возникает в необжитых районах, где рядов наблюдений нет или они ограниченны.

Важное значение имеет климат и для районов, где ис­пользуется грунтовая вода из подземных скважин. На­пример, в Калифорнии (США) источники подземных вод составляют около 40%. В 1977 г. в связи с засухой было пробурено 10 тыс. новых скважин. Но из-за засухи ско­рость выкачивания подземных вод превышала скорость их восстановления за счет осадков. В результате ферме­ры бурили скважины все глубже. В 1977—1978 гг. сква­жины бурились на 270 футов (почти 80 м) глубже, чем до1977 г. Стоимость воды здесь возросла почти вдвое.

Все эти примеры наглядно свидетельствуют о необ­ходимости оптимального учета различных видов клима­тической информации при планировании и эксплуатации водохозяйственных сооружений, реализации водохозяй­ственных мероприятий.