Предисловие. 
Гидрология рек. 
Антропогенные изменения речного стока

Человек всегда использовал в своих целях водные объекты и потреблял пресную воду, но в течение многих тысяч лет влияние его деятельности на водные ресурсы было незначительным и имело локальный характер. Замечательные свойства природных вод — их возобновление в процессе круговорота воды на планете и способность к самоочищению — позволяли в течение долгого времени сохранять относительное качество и количество природных вод. Положение коренным образом изменилось в последние десятилетия: во многих районах и странах мира стали заметны последствия непосредственного использования водных ресурсов и преобразования поверхности водосборов, где они формируются. В значительной степени этому способствовало резкое увеличение недопотребления в мире, начавшееся в 50-х годах XX столетия в связи с интенсивным развитием всех отраслей экономики, созданием крупных водохранилищ. В настоящее время около 16 из 27 крупнейших рек мира искусственно зарегулированы плотинами, их режим изменен водозаборными сооружениями или каналами.

Под термином «водные ресурсы» мы будем понимать запасы поверхностных и подземных вод, находящиеся в водных объектах, которые используются и могут быть использованы. Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод, которые складываются из так называемых статических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов, т. е. стока рек [21]. Именно сток рек наиболее подвержен воздействию хозяйственной деятельности человека. Для характеристики использования водных ресурсов используют термин «суммарное полное водопотребление» и «безвозвратное водопотребление». Для конкретного участка реки (речного бассейна) забор воды на хозяйственные нужды (орошение, водоснабжение и др.) может стать безвозвратным. Забранная вода частично испаряется с поверхности орошаемых земель или в процессе промышленного производства. Однако этот объем воды может выпасть в виде атмосферных осадков в других регионах планеты.

Ежегодно возобновляемые водные ресурсы (суммарный годовой сток рек), как показали последние расчеты, равны 42 757 км³

в год [23]. Современное полное водопотребление в мире составляет 3788 км³ в год, а безвозвратное — 2074 км³ в год (55% от величины полного водопотребления) [33]. Величина общего водоиогребления складывается из водозабора из поверхностных (85—95%) и подземных источников. Повсюду увеличивается потребность в пресной воде, что вызвано тремя главными факторами: ростом численности населения, промышленным развитием и расширением орошаемого земледелия. В развивающихся странах большая часть расхода пресной воды в последние два десятилетия приходится на сельское хозяйство.

Проблема учета количественных изменений водных ресурсов иод влиянием хозяйственной деятельности возникла в 50-х годах XX в., когда резко повысилось водопотребление во всем мире. Если за период с 1900 но 1950 г. среднее увеличение водопотребления за каждое десятилетие в среднем составляло 156 км³, то с 1950 по 1960 г. — уже 630 км³, т. е. возросло в 4 раза, а в последующие годы возрастало на 800—1000 км³ за каждое десятилетие. Наиболее интенсивно используется речной сток в Европе и Азии (около 13% суммарного годового объема), несколько меньше — в Африке, Австралии и Южной Америке (от 1 до 3%). Вместе с тем на всех континентах есть крупные регионы, где интенсивность использования речного стока достигает 30—65% общего объема водных ресурсов рек.

Количественные характеристики водных ресурсов, особенно ежегодно возобновляемых ресурсов пресных вод, необходимы для решения проблем современного и перспективного водообеспечения населения, промышленности и сельского хозяйства, разработки мероприятий по охране окружающей среды. При этом требуются не только средние многолетние данные о водных ресурсах, включая их естественную изменчивость, но и надежные оценки происшедших и ожидаемых в перспективе их изменений под влиянием хозяйственной деятельности.

Говоря об изменениях речного стока иод влиянием хозяйственной деятельности, обычно имеют в виду изменения качества природных вод в результате их загрязнения и изменения распределения во времени и в пространстве стока рек в результате непосредственного потребления вод и преобразования условий их формирования. В данном учебном пособии рассматривается второй аспект этой проблемы, т. е. антропогенные изменения количественных характеристик водного стока, приводящие к истощению водных ресурсов в пределах речных бассейнов и природно-экономических районов. Актуальность данной работы состоит в необходимости более детального знакомства студентов-гидрологов с очень важным разделом курса «Гидрологии рек» — антропогенным воздействием па речной сток. В официальной учебной литературе по этой дисциплине¹ этот раздел практически отсутствует, а имеющаяся в нем информация на эту тему значительно устарела. В последние 30 лет данное направление научных исследований по оценке антропогенных изменений речного стока является одним из приоритетных в гидрологии, так как во всем мире наблюдается резкое обострение гидроэкологической обстановки.

Целью данного учебного пособия является рассмотрение основных видов хозяйственной деятельности на водосборе и в русле реки, изучение различных аспектов их влияния на величину водного стока и особенности его внутригодового распределения. В отдельных случаях данные об изменениях водного стока дополнены информацией об изменениях стока наносов, теплоты и растворенных веществ. Приведены современные тенденции антропогенных изменений стока рек России и оценки этих изменений на перспективу. Рассматриваются возможные изменения стока рек в связи с ожидаемыми антропогенно обусловленными изменениями климата.

Дисциплина входит в вариативную часть основной образовательной программы подготовки бакалавров по направлению «Гидрометеорология», в модуль «Гидрология и гидрогеология».

Она тесно связана с другими учебными курсами этого блока — «Гидрология рек», «Гидрометрия и техника безопасности», «Гидрология озер и водохранилищ», «Гидрохимия», а также с дисциплинами модуля «Землеведение» — «Гидрология», «Климатология с основами метеорологии», «Геоморфология с основами геологии» и «Общее землеведение». Обучающиеся должны осваивать содержание «Гидрологии рек», имея знания о гидрометрии, закономерностях формирования и изменения стока, химического состава природных вод, климата, об эндогенных и экзогенных процессах. Для усвоения учебного материала студенты должны знать основные черты зональных и региональных особенностей природной среды, специфику организации и виды хозяйственной деятельности в различных районах нашей планеты. Необходимым условием для эффективного обучения студентов является знание ими математики, физики, химии, биологии в объеме школьных программ, а также начал интегрального и дифференциального исчисления. Полученные студентами знания необходимы для подготовки бакалавров по гидрометеорологическому направлению географической науки, при освоении таких учебных дисциплин,.

¹ Важное Л. Н. Гидрология рек: учебник. М.: МГУ, 1976.

б как гидрология озер и водохранилищ, гидрохимия, использование и охрана водных ресурсов, речной сток и гидрологические расчеты, гидрологические прогнозы, русловые процессы, гидрология морей и устьев рек, воднотехнические изыскания.

Целью освоения курса «Гидрология рек» являются формирование представлений о гидрологических процессах и явлениях в реках и их бассейнах, методах гидролого-географического анализа. Важной составляющей является раздел «Антропогенные изменения речного стока».

Задачи освоения дисциплины:

• 1) дать представление о наиболее общих и важных закономерностях гидрологических процессов, происходящих в реках и их бассейнах, в том числе при их хозяйственном освоении;
• 2) показать роль рек в общем круговороте вещества и энергии;
• 3) показать физическую сущность гидрологических процессов в реках;
• 4) рассмотреть связь гидрологических процессов в реках с физико-географическими условиями речных бассейнов и степенью антропогенного влияния;
• 5) дать общие представление о методах изучения рек и гидрологических процессов, в них протекающих;
• 6) показать влияние хозяйственной деятельности на величину водного стока и особенности его внутригодового распределения.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать

• • роль рек в круговороте воды в природе;
• • основные классификации в гидрологии рек;
• • главные закономерности гидрологического режима рек;
• • факторы пространственной и временной изменчивости их состояния;
• • принципы рационального использования и охраны речных систем от загрязнения и истощения;

уметь

• • самостоятельно осваивать дополнительную литературу по учебной дисциплине;
• • использовать основные гидрологические справочные материалы;
• • выполнять практические задания по различным разделам гидрологии;
• • анализировать результаты практических заданий;
• • полно и логично излагать освоенный учебный материал;
• • собирать, обобщать, критически анализировать информацию о реках, их режиме и гидрологических процессах, в них протекающих;
• • проводить расчеты величины антропогенного воздействия на речной сток;
• • применять теоретические знания при освоении основных гидрометрических методов измерений, при интерпретации данных, полученных в период прохождения учебной гидрометрической и гидрологической практики;
• • использовать современную вычислительную технику и специализированное программное обеспечение в научно-исследовательской работе;
• • выполнять экспедиционные, лабораторные исследования и камеральную обработку данных, выбирать и применять технологии решения гидрометеорологических научно-исследовательских задач (технические средства измерений, гидрометеорологические информационные системы, сетевые ресурсы и программные продукты);
• • использовать современные методы обработки и интерпретации гидрометеорологической информации в профессиональной деятельности;

владеть

• • знаниями о гидросфере, составе водных объектов, закономерностях их распределения и характерных для них гидрологических процессов;
• • знаниями в области гидрологии рек, гидрологии ледников, подземных вод, устьев рек;
• • навыками сбора справочной гидрологической информации;
• • методами выполнения простейших гидрологических расчетов, проведения основных гидрометрических работ;
• • базовыми методами гидролого-географического анализа;
• • воднобалансовыми методами;
• • основами анализа гидрометеорологических наблюдений;
• • навыками использования программных средств и работы в компьютерных сетях, использования ресурсов Интернет;
• • основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации.