Проблемы водных ресурсов мира

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ САРСЕНА АМАНЖОЛОВА ФАКУЛЬТЕТ ЭКОЛОГИИ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК Кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности Курсовая работа ТЕМА: Проблемы водных ресурсов мира ДИСЦИПЛИНА: Охрана атмосферного воздуха и водоёмов Выполнил студент:

ЭК-06-А Довгань Г. Ю.

Проверил: Майоров В.Н.

1. Общая характеристика водных ресурсов мира

2. Проблема высыхания Аральского моря Заключение Список использованной литературы

Вода — единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения. Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще около 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% - на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.

Гармоничное сотрудничество человека с природой, его разумная общественная деятельность, которая регулирует и контролирует обмен веществ между природой и обществом, стало в современную эпоху одной из актуальнейших задач. Увеличение материальных благ общества, которое сопровождается антропогенным прессингом, привело к серьезному загрязнению окружающей среды. Особенно это заметно в области использования природных ресурсов.

1. Общая характеристика водных ресурсов мира

Планета Земля обладает колоссальным объемом воды около 1,5 млрд. куб. км. Однако 98% этого объема составляют соленые воды Мирового океана, и только 28 млн. куб. км — пресные воды. Поскольку уже известны технологии опреснения соленых морских вод, воды Мирового океана и соленых озер можно рассматривать, как потенциальные водные ресурсы, использование которых в будущем вполне возможно. Ежегодно возобновляемые запасы пресных вод не столь велики, по разным оценкам они колеблются от 41 до 45тыс. куб. км (ресурсы полного речного стока). Мировое хозяйство расходует для своих нужд около 4−4,5 тыс. куб. км, что равно примерно 10% общего водозапаса, и, следовательно, при условии соблюдения принципов рационального водопользования эти ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые. Однако при нарушении этих принципов ситуация может резко обостриться, и даже в планетарном масштабе может ощущаться дефицит чистых пресных вод. А пока природная среда ежегодно «дарит» человечеству в 10 раз больше воды, чем ему нужно для удовлетворения самых разнообразных потребностей.

Водные ресурсы имеют исключительно важное хозяйственное значение. Они считаются неисчерпаемыми, но в своем размещении они испытывают прямое и косвенное воздействие других компонентов природного комплекса, вследствие этого они отличаются большой изменчивостью неравномерностью распределения.

Своеобразие природных ресурсов определяется главным образом непрерывной подвижностью участвующей в круговороте воды. В соответствии с местом в этом круговороте воды на Земле выступают в различных формах, имеющих неодинаковую ценность с точки зрения удовлетворения человеческих потребностей, т. е. в качестве ресурсов.

Для водных ресурсов характерна сильная изменчивость режима во времени, начиная от суточных и заканчивая вековыми колебаниями каждого источника. Сложное взаимодействие множества факторов придает колебаниям стока характер случайного процесса. Поэтому расчеты, относящиеся к водным ресурсам, неизбежно принимают вероятностный, статистический характер.

Водные ресурсы отличаются большой сложностью территориальных форм. Многие особенности водных ресурсов вытекают из своеобразия способов их использования. За редкими исключениями, вода не используется непосредственно для создания каких-либо материалов с преобразованием в другое вещество и безвозвратным изъятием из природного круговорота, как это происходит с минерально-сырьевыми или лесными ресурсами. Наоборот, в ходе использования водные ресурсы либо остаются в природных каналах стока (водный транспорт, гидроэнергетика, рыбное хозяйство и т. д.), либо возвращаются в круговорот воды (орошение, все виды хозяйственного и бытового водоснабжения). Поэтому принципиально использование водных ресурсов не ведет к их истощению.

Однако на практике дело обстоит сложнее. Использование воды для растворения и транспортировки полезных веществ или отходов, охлаждение тепловыделяющих агрегатов или в качестве теплоносителя ведет к качественным изменениям (загрязнение, нагрев) отходящих вод и (при их сбросе) самих источников водоснабжения. При использовании воды для орошения она лишь частично (и зачастую в измененном качественном состоянии) возвращается в местные каналы стока, в основном в результате испарения с почвы уходит в атмосферу, включаясь в наземную фазу круговорота в других, обычно весьма отдаленных, районах.

В связи со стремительным ростом водопотребления по мере возникновения дефицита водных ресурсов во все большем числе районов ситуация стала меняться. Возникла необходимость в механизме регулирования использования ограниченных водных ресурсов и распределения их между потребителями — экономическом или административном.

Характерна возможность многоцелевого использования водных ресурсов, осуществляемого многими отраслями, предъявляющими специфические требования к их количеству и качеству. Поскольку в большинстве случаев одни и те же водные источники служат удовлетворению различных потребностей, в бассейнах рек складываются (стихийно или планомерно) определенные водохозяйственные сочетания (комплексы), включающие всех потребителей и пользователей данного бассейна.

Один из главных водопотребителей — орошаемое земледелие. Изымая значительные объемы воды из источников поверхностных или подземных водных ресурсов, оно по существу превращает их в ресурсы сельскохозяйственные, искусственно пополняя недостающий для нормального развития культурных растений расход воды на транспирацию. Следующий вид водопотребления — это водоснабжение, охватывающий широкую гамму разнообразных способов использования водных ресурсов. Общим свойством для них является высокий удельный вес безвозвратных потерь. Различия определяются спецификой требования отраслей водопотребителей.

Непосредственно с коммунальным и производственным водоснабжением связан сброс канализационных и промышленных стоков. Их объем пропорционален масштабам водопотребления. В зависимости от роли воды в технологическом процессе значительная часть приходится на загрязненные стоки. Это создает все обостряющуюся по мере роста масштабов производства проблему качественного истощения водных ресурсов. В этой проблеме можно различать два аспекта: собственно качественный и количественный. В экономическом аспекте это выражается либо в дополнительных затратах, которые необходимы для обработки воды и доведения ее до нужной кондиции другими потребителями, либо в убытках, следующих из невозможности использовать данный источник водных ресурсов вследствие его загрязнения.

Однако по существу входящих в это понятие конкретных мер оно фактически представляет собой водоснабжение безводных или маловодных территорий. С последним обстоятельством связано выделение обводнения в особую водохозяйственную задачу, относимую обычно к определенной площади, хотя фактически подразумевается обеспечение водой конкретных пунктов — центров водопотребления.

Гидроэнергетика предъявляет свои специфические качественные требования к водным ресурсам. Помимо водности, определяющей суммарную величину энергетического потенциала, большое значение имеет режим водотока — изменение расхода воды во времени.

Специфическая форма энергетического использования — освоение ресурсов подземных термальных вод, служащих в какой-то мере в качестве топлива, но такого, которое должно потребляться немедленно, в месте его извлечения из недр.

Водный транспорт практически не влияет на другие виды использования водных ресурсов (не считая сравнительно слабого и легко устранимого загрязнения и воздействия на берега поднимаемых судами волн).

Рыбное хозяйство использует водные ресурсы как средство существования другого вида естественных ресурсов — биологических. В этом оно сходно с орошаемым земледелием, но в отличие от него не связано с изъятием воды из природных источников.

В качестве одного из видов водопотребления нередко рассматривается обводнение.

Следует отметить использование водных ресурсов для отдыха и лечения. Эта функция приобретает растущее значение, хотя ни ее технические требования, ни экономические основы пока не определены. Как правило, в каждый водохозяйственный комплекс входят разные виды использования и потребления водных ресурсов. Однако сам набор видов использования и их количественное соотношение варьируют в широких пределах. Из этого вытекает большой вариант организации водохозяйственных комплексов. Различия в структуре отдельных вариантов обуславливаются природными особенностями каждого бассейна и структуры хозяйства соответствующего района.

Водные ресурсы — это пригодные для употребления пресные воды, заключенные в реках, озерах, ледниках, подземных горизонтах. Пары атмосферы, океанические и морские соленые воды в хозяйстве пока не используются и поэтому составляют потенциальные водные ресурсы.

Значение воды в мировом хозяйстве переоценить трудно. Она используется практически во всех отраслях экономики: в энергетике, для орошения сельскохозяйственных угодий, для промышленного и коммунальном, бытовом водоснабжения. Часто водные источники служат не только для целей водозабора, но и являются объектами хозяйственного использования в качестве транспортных магистралей, рекреационных зон, водоемов для развития рыбного хозяйства" .

Объем вод, заключенных в реках, озерах, ледниках, морях и океанах, в подземных горизонтах и в атмосфере достигает почти 1,5 млрд. км³. Это и есть водный потенциал нашей планеты. Однако 98% общего объема вод приходится на соленые воды и лишь 28,3 млн. км³. «на пресные воды (с минерализацией менее 1г/л). В целом объем пресных вод — весьма значительная величина, особенно если ее сравнивать с современным общемировым потреблением, достигшим в 90-х годах 4−4,5 тыс. км куб. в год. Казалось бы, человечеству не нужно беспокоиться о пресных водах, поскольку их в 10 000 раз больше, чем требуется. Но основной объем пресных вод (почти 80%) составляют воды ледников, снежных покровов, подземных льдов многолетнемерзлых пород, глубинных слоев земной коры. В настоящее время они не используются и рассматриваются в качестве потенциальных водных ресурсов. Их будущее освоение зависит не только от совершенствования техники добычи воды и ее экономической целесообразности, но и от решения часто негативных непредсказуемых экологических проблем, неожиданно возникающих при использовании нетрадиционных источников вод.

Единовременный объем речных вод суши невелик — он оценивается всего в 2000 км куб., но благодаря круговороту ежегодно реки сбрасывают в Мировой океан около 40−41 тыс. км куб. По расчетам М. И. Львовича (1986), полный речной сток составляет 38 830 км куб. Кроме того, с суши в океан поступает 3000 км куб. пресных вод в виде льдов и талых вод с ледников Гренландии и Антарктиды и 2400 км куб. — в виде подземного стока (минуя реки). Таким образом, ежегодно в океан с суши поступает около 44,5 тыс. км куб.вод.

Итак, объем пресных водозапасов мира невелик в целом и рассредоточен по территории материков очень неравномерно. К тому же поверхностный сток подвержен резким сезонным колебаниям, снижающим возможности его хозяйственного освоения.

На рисунке 1 отражена обеспеченность ресурсами речного стока в расчете на душу населения (тыс. куб. м/год) по материкам и частям света.

Рис 1. Обеспеченность ресурсами речного стока в расчете на душу населения.

Доступные водные ресурсы рек слагаются из двух категорий — поверхностного и подземного стока. Наиболее ценной в хозяйственном отношении является подземная составляющая стока, так как она в меньшей степени подвержена сезонным или суточным колебаниям объема. Кроме того, подземные воды реже загрязняются. Именно они формируют преобладающую часть «устойчивого» стока, при освоении которого не требуется сооружения специальных регулирующих устройств. Поверхностная составляющая стока включает паводковые и полые воды, обычно быстро проходящие по руслам рек.

В районах с сезонным характером атмосферного увлажнения отношение расходов воды в руслах рек в сухой и влажный периоды года могут достигать 1:100 и даже 1:1000. В таких районах при освоении поверхностного стока необходимо сооружать водохранилища сезонного или даже многолетнего регулирования.

Хозяйственная ценность или качество водно-ресурсного потенциала региона тем выше, чем значительнее доля устойчивой составляющей стока. Ее величина количественно определяется объемом подземного стока и меженным русловым стоком. Общий объем доступных водных ресурсов мира оценивается; в 41 тыс. км куб. в год, из них лишь 14 тыс. км куб. составляют их устойчивую часть (М. И. Львович, 1986).

Рис. 2. Средний расход воды крупнейших рек (м³/с)

Водохозяйственный баланс и его категории. В современном хозяйстве главными потребителями вод являются промышленность, сельское хозяйство и коммунально-бытовые службы. Они изымают из естественных и искусственных водоемов для своих нужд определенные объемы воды, которые составляют водозабор. Так, по новым расчетам М. И. Львовича общий водозабор в 2000 году составит 4780 куб.км.

В процессе использования некоторое количество изъятой воды теряется на испарение, просачивание, технологическое связывание и т. д., причем у различных потребителей масштабы такого расхода неодинаковы. Для небольших по площади территорий эти потери рассматриваются как безвозвратные. Наиболее значителен их объем (до 80−90%) при сельскохозяйственном использовании. В некоторых отраслях промышленности разработаны и продолжают интенсивно совершенствоваться схемы замкнутого или многократного водопользования, при помощи которых существенно снижаются как объемы водозабора в целом, так и величины безвозвратных потерь.

Коммунальное и сельское хозяйство, промышленность; и гидроэнергетика предъявляют различные требования к качеству воды. Наиболее высокими санитарными и вкусовыми качествами должны обладать воды, используемые в питьевых целях и в некоторых отраслях промышленности (пищевой, химической и др.). Металлургическое или, например, горнорудное производство может обходиться водами низкого качества, использовать оборотные системы водоснабжения.

Неоднократное использование одного и того же объема воды сокращает водозабор, но заставляет ввести в водохозяйственный баланс еще одну категорию — водопотребление — общий объем воды, используемый данной отраслью хозяйства за определенный отрезок времени.

В сфере коммунального хозяйства водопотребление и водозабор равны между собой, потому что оборотное водоснабжение в данной отрасли на современном уровне практически не осуществляется. В промышленности водозабор оказывается намного ниже водопотребления за счет применения замкнутых циклов водоснабжения, когда из источников вода забирается лишь для компенсации безвозвратных потерь.

В сельском хозяйстве водопотребление тоже может количественно превышать водозабор из источников, поскольку для орошения часто используются органические стоки городских коммунальных систем или частично очищенные отработанные воды некоторых промышленных предприятий.

Структура водозабора и водопотребления, т. е. распределение изъятых объемов воды между потребителями, может существенно меняться от района к району, отражая и общий уровень экономического развития хозяйства, и его специализацию, и, в немалой степени, специфику природных условий. Любое хозяйственное использование вод различными потребителями сопровождается появлением отработанных вод или стоков. Они перегружены огромным количеством инородных веществ промышленного, сельскохозяйственного или коммунального происхождения, изменяющих физические и химические свойства водной массы. Даже если применяются наиболее совершенные из известных современной науке методы очистки отработанных вод (механические, химические, биологические), для разбавления 1 м³ таких стоков необходимо потратить не менее 8−10 м³ чистых природных вод. Если же сбрасываются неочищенные стоки, то расход воды возрастает в несколько раз. В настоящее время в мире среди хозяйственных стоков, сбрасываемых в естественные водоемы, превалируют категории слабо очищенных или вообще неочищенных вод.

В результате кризисные явления поражают не только районы, изначально обедненные водными запасами, но и такие, где существуют благоприятные природные предпосылки для образования значительных объемов воды. Неконтролируемое техногенное преобразование качества водных геосистем ставят экономику подобных стран перед угрозой «водного голода» .

Мировое водопотребление. По подсчетам (Львович, 1986), в начале 80-х годов в мире для хозяйственных различных нужд использовалось около 4,5 тыс. км куб., а в 1987 г.- 3,3 тыс. км куб. воды. Этот объем составляет почти 8% общего полного стока с поверхности суши в океан. Можно заключить, что в целом мировое хозяйство вполне обеспечено пресными водами в количестве, необходимом для удовлетворения своих потребностей. Следует, однако, обратить внимание на очень резкий, почти безудержный рост недопотребления во второй половине XX в. За последние 80 лет сельскохозяйственное использование воды увеличилось в 6 раз, коммунальное — в 7 раз, промышленное — в 20 раз, а общее — в 10 раз.

По отдельным составляющим водохозяйственный баланс мира в современный период складывается следующим образом.

Коммунально-бытовое водоснабжение. В начале 80-х годов на нужды населения расходовалось около 200 км куб., и при этом 100 км куб. терялось безвозвратно. В 1990 г, для этих целей изымалось уже более 300 км куб. Нормы водопотребления на 1 человека составляют в среднем 120−150 л в сутки. В действительности они сильно колеблются. В городах промышленно развитых стран водопотребление особенно велико. Например, в странах Европы оно поднимается до 300−400 л/сутки. В городах развивающихся стран, расположённых в субаридных или аридных районах, нормы снижаются до 100−150 л/сутки. Много меньше расходует воды сельский житель. В гумидных областях в развитых странах он потребляет в сутки до 100−150 л воды, а в сухих тропических районах — не более 20−30 л.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время в мире более 1,5 млрд. человек не обеспечены чистой, безопасной для здоровья водой, а к 2000 г. их число может достигнуть 2 млрд. человек.

Промышленное водоснабжение. Уникальные свойства воды как природного тела позволяют очень широко использовать ее в разнообразных отраслях промышленности. Она употребляется в энергетических целях, в качестве растворителя, охладителя, составного компонента многих технологических процессов. Водоемкость различных производств меняется в зависимости от вида продукции, применяемых технических средств и технологических схем. На производство 1 т готовой продукции в настоящее время расходуется следующее количество пресных вод: бумаги 900−1000 м ³, стали — 15−20 м³, азотной кислоты — 80−180 м³, целлюлозы — 400−500 м³, синтетического волокна 500 м³, хлопчатобумажной ткани 300−1100 м³ и т. д. Огромные объемы воды потребляют энергетические установки для охлаждения энергоблоков. Так, для работы ТЭС мощностью в 1 млн. кВт необходимо 1,2−1,6 км³ воды в год, а для работы АЭС той же мощности — до 3 км³ (Розанов, 1984), Только на нужды энергетики забирается из водных источников 320 км³ воды, при этом 20 км³ теряется.

Теплоэнергетика широко применяет оборотные системы водоснабжения, привлекая часть отработанных и очищенных вод других промышленных производств, так как для охлаждения можно употреблять воды относительно низкого качества. Водопотребление в энергетических целях дает 300 км³ термических стоков, требующих для разбавления 900 км³ свободных пресных вод.

Доля остальных производств в общем водопотреблении на нужды промышленности еще больше — 440 км³; за счет систем оборотного водоснабжения расходуют 700 км³, одновременно теряя более 10% этого объема. Именно в промышленных установках возникают стоки, обогащенные особо токсичными соединениями, трудно поддающимися удалению из отработанных вод. Общий объем стоков — 290 км³. Поскольку современная технология водоочистки еще далека от совершенства и многие предприятия в различных странах сбрасывают свои стоки в водоемы недостаточно или слабо очищенными, то в результате на разбавление этого объема загрязненных вод требуется 5800 км³ свободных вод, т. е. в 20 раз больше.

Водоснабжение сельского хозяйства. Самый крупный водопотребительсельское хозяйство. По приблизительным расчетам в 1990 г. эта отрасль-мировой экономики израсходовала более 3000 км³, т. е. в 3,5 раза больше, чем промышленность. Почти весь этот объем использовался на полив орошаемых угодий и всего 55 км³ — на водоснабжение животноводства.

К началу 80-х годов в мире орошалось 230 млн. га земель. При средней норме орошения 12−14 тыс. м³/га на полив тратилось от 2500 до 2800 км³ чистых свободных вод и значительная часть (около 600 км³) очищенных и разбавленных стоков бытового сектора и некоторых промышленных производств. По весьма ориентировочным подсчетам примерно 1900 км³ испарялось с поверхности поливных земель и транспортировалось растительностью, 500 км³ дренировалось в подземные горизонты. Таким образом, в отличие от промышленного водопотребления использование вод для орошения резко увеличивает безвозвратные потери на непродуктивное испарение с поверхности поливных земель и создает стоки в виде ирригационных или возвратных вод, которые трудно уловить, очистить и вновь использовать. В то же время их объем огромен, они насыщены биосильными (азотом, фосфором) и другими легкорастворимыми соединениями, за счет которых увеличивается минерализация вод. Появление в субаридных или аридных ландшафтах с поливными угодьями значительных объемов минерализованных грунтовых вод создает опасность вторичного засоления почв и их деградации.

Особую проблему представляют стоки животноводческих ферм. Хотя их общий объем в мировом водопотреблении на нужды сельского хозяйства невелик (всего 10 км³), они чрезвычайно перегружены органическими соединениями, трудно восстанавливаются и вызывают особенно быстрое загрязнение водоемов.

По расчетам М. И. Львовича (1994г), современный водозабор из различных источников (рек, озер, водохранилищ, подземных горизонтов) для промышленных и бытовых нужд, орошения и животноводческих комплексов составляет более 4000 км³, а объем стоков примерно 2000 км³. Если допустить, что все стоки нормативно очищаются, то и в этом случае потребуется не менее 8300 км³ чистых вод для их разбавления (20% полного стока и 60% -устойчивого). Но в результате несовершенства современного водопользования и очистки загрязняется воды намного больше. Таким образом, если количественное истощение водозапасов традиционных источников в глобальном масштабе в ближайшем будущем человечеству не грозит, то качественное ухудшение — налицо уже в наши дни.

Резкая напряженность водохозяйственного баланса и кризисные ситуации в водопользовании неизмеримо возрастают в странах с ограниченным водоресурсным потенциалом, где реально отсутствуют свободные водозапасы для разбавления отработанных и очищенных вод. Подобные явления типичны для многих промышленно развитых стран мира, где недопотребление практически поглощает все водные ресурсы. Такова ситуация в странах зарубежной Европы, во многих районах США. Еще более остро встает проблема водоснабжения в развивающихся странах, в которых часто обнаруживается нехватка качественных питьевых вод, а имеющиеся водотоки и поверхностные водоемы служат коллекторами для сбросов совершенно неочищенных промышленных стоков.

По-разному складывается водопотребление и его структура на отдельных материках. Особенности современного водного хозяйства зависят и от природных факторов (прежде всего обеспеченности речным стоком, климатических особенностей, устройства поверхности), и от социально-экономических структур. Наибольшие объемы воды поглощает хозяйство азиатских стран. Почти на 90% этот объем в Азии расходуется на нужды сельского хозяйства. Сходная ситуация характерна и для Южной Америки и Африки, хотя в целом участие этих материков в мировом водопотреблении незначительно. В Северной Америке и в Европе промышленное и сельскохозяйственное расходование воды примерно равны между собой.

Прогнозы будущего водопотребления. Существует несколько вариантов глобальных прогнозов использования природных вод мировым хозяйством. Один из вариантов водохозяйственного баланса мира на конец текущего столетия разработан М. И. Львовичем (1986). По его расчетам, возросшее к 2000 г. до 6,2 млрд. человек население мира (из них 3,2 млрд. человек будут проживать в городах, и пользоваться централизованными системами водоснабжения) израсходует около 480 км³ вод на коммунально-бытовые нужды, появится 320 км³ стоков. Если стоки будут полностью очищаться, то на их последующее разбавление потребуется лишь около 1000 км³ воды. При сохранении практики современного водопотребления (сброс недоочищенных или вовсе не прошедших очистку стоков в водоемы) загрязненными окажутся 6000 км³ вод.

Производство энергии в мире, по прогнозу МИРЕК-ХП, достигнет к концу столетия 300−330 тыс. Дж. Ориентировочно на нужды энергетики будет изъято около 200 км³ вод и одновременно образовано 140 км³ термальных стоков. На их разбавление потребуется примерно 400 км³ свободных вод. Остальные отрасли промышленности с учетом роста объема их продукции к 2000 г. будут нуждаться в 1800 км³ вод. Совершенствование систем замкнутого оборотного водоснабжения, развитие маловодных или «сухих» технологий, сокращение практики водоотведения стоков с промышленных предприятий, совершенствование технологии очистки позволят, как предполагается по данному прогнозу, ограничить водозабор для промышленных целей до 500 км³. Безвозвратный расход составит 120 км³, а отработанные стоки — 380 км³. На их разбавление будет затрачено 5700 км³. воды.

В сельском хозяйстве общая площадь поливных земель возрастет предположительно до 320−350 млн. га, а норма полива сократится до 9,5 тыс. м³/га за счет водосберегающих методов полива (дождевания, капельного и пр.). В результате на нужды ирригации будет изыматься до 3000 км воды, из которых 2600 км³ составят расходы на испарение и инфильтрацию. Расход воды в животноводстве увеличится до 110 км. Хотя объем стоков возрастет слабо, но за счет более совершенной очистки и утилизации они будут загрязнять намного меньше чистых вод — около 180 км³.

Расчеты свидетельствуют о том, что напряженность ситуации сохранится в ближайшем будущем. Мировое хозяйство в целом в конце текущего столетия будет поглощать примерно 5,7 тыс. км³ воды (16%) полного стока), а сточные воды в объеме 1300 км³ будут загрязнять 8,5 тыс. км³, что равно 21% полного и 61%) устойчивого стока.

2. Проблема высыхания Аральского моря

Аральское море — второй по величине после Каспия бессточный водоем на Земле. Арал не связан с океаном и поэтому является не морем, а озером. Морем его называют благодаря огромным размерам и режиму, сходному с морским.

Совсем недавно Аральское море славилось рыбными запасами. Дельты рек Амударьи и Сырдарьи были своеобразными зелеными оазисами среди пустыни. Природные богатства дельт составляли густые заросли тростника, тугайные леса, озера, богатые рыбой, водоплавающей птицей и ондатрой, сенокосные угодья, пастбища и орошаемые земли.

В первой половине XX века режим Аральского моря был довольно устойчив. Водоем получал регулярное питание водой впадающих в него Амударьи и Сырдарьи. Уровень моря был почти стабилен. Мы не случайно говорим о природных богатствах Аральского моря в прошедшем времени. За последние десятилетия в природе Арала и условиях жизни населения на его берегах произошли катастрофические изменения. С 1961 года уровень Арала начал быстро падать и водоем стал усыхать. При жизни практически одного поколения произошла крупнейшая на Земле экологическая катастрофа.

Режим Арала до середины 80-х годов находился под пристальным наблюдением специалистов и был довольно хорошо изучен. В последнее время данных об изменениях природных условий Арала стало поступать значительно меньше.

Что произошло с Аралом в последние десятилетия

Начиная с 1961 года уровень Аральского моря стал понижаться, причем падение уровня шло с ускорением. За 1961;1970 годы уровень моря понизился на 2,0 м, средняя интенсивность этого понижения была 20 см/год. В 1971;1980 и 1981;1990 годах уровень упал соответственно на 5,7 и 7,2 м, средняя интенсивность его падения увеличилась до 57 и 72 см в год. В отдельные годы уровень снижался более чем на 1 м.

С 1961 по 1990 год уровень Аральского моря снизился на 14,8 м. Одновременно значительно сократились объем воды в Арале (с 1093 до 330 км³, то есть на 763 км³, или более чем в три раза) и площадь водоема (с 68 500 до 36 500 км2, то есть на 32 000 км2, или почти вдвое). Средняя глубина уменьшилась с 16,0 до 9,0 м. К 1995 году уровень водоема упал еще приблизительно на 2 м. Таким образом, за 35 лет уровень Арала снизился почти на 17 м.

По мере снижения уровня Аральское море быстро изменяло свои привычные очертания. Береговая линия выдвинулась в водоем и выровнялась, некоторые острова причленились к берегу, многие заливы высохли.

В 1988;1989 годах Аральское море разделилось на две части: меньшую северную — Малое море (или Малый Арал), куда поступал небольшой сток Сырдарьи, и большую южную — Большое море (или Большой Арал), питающееся водой Амударьи.

Как видно на космических снимках за 1989 и 1996 годы, в последнее время площадь Малого моря изменилась незначительно. Это говорит о том, что его уровень стабилизировался. Площадь Большого моря продолжала уменьшаться. Пролив Берга, соединявший ранее Малое и Большое моря, превратился в небольшой, но достаточно длинный проток, по которому излишки воды из Малого сбрасывались в Большое море.

Непосредственная физическая причина снижения уровня Аральского моря — это нарушение водного баланса водоема: превышение расхода воды над приходом.

Запишем уравнение водного баланса Арала для некоторого интервала времени Dt в виде

Y + X — Z = Y — Zв. и = DV,

где Y, X и z — соответственно средние годовые значения стока рек (Амударьи и Сырдарьи), атмосферных осадков на поверхность моря, испарения с его поверхности; Zв. и — так называемое видимое испарение (разница между испарением и осадками, которая в условиях засушливого климата Приаралья всегда положительна); DV — изменение объема вод в море за тот же интервал времени. Размерность составляющих уравнения — км3 в год.

Из уравнения (1) следует, что если сток вместе с осадками меньше испарения (Y +X < Z) или (что то же самое) сток меньше видимого испарения (Y < < Zв. и), то объем воды в водоеме должен уменьшаться (DV < 0). При соотношении Y + X > Z (или Y > Zв. и) объем воды должен увеличиваться (DV > 0).

Поскольку объем воды V, площадь поверхности водоема F и высота стояния уровня H жестко связаны друг с другом, то по рассчитанному изменению объема воды DV можно легко определить соответствующие изменения площади водоема и его уровня.

До 1961 года водный баланс Аральского моря был близок к установившемуся, то есть в среднем приход и расход воды были одинаковыми. После 1961 года потери воды на испарение с поверхности моря стали превышать приход воды — сумму речного стока и осадков. Это привело к уменьшению объема воды в водоеме и падению его уровня. Превышение расхода воды над приходом нарастало, что вызывало ускоренное сокращение объема моря и понижение его уровня, особенно в 70−80-е годы.

Начиная с 1989 года Аральское море разделилось на Малое и Большое. Между этими водоемами установился односторонний переток вод через пролив Берга из Малого в Большой Арал. Поэтому для последнего десятилетия уравнение водного баланса (1) для всего Аральского моря должно быть заменено на два уравнения:

для Малого моря

YСД + XМ — ZМ — Yпер = DVМ ;

для Большого моря

YАД + XБ — ZБ + Yпер = DVБ ,

где YСД и YАД — годовой сток Сырдарьи и Амударьи, X и Z — осадки и испарение, Yпер — переток из Малого моря в Большое, DV — изменение объема водоема. Индексы М и Б относятся соответственно к Малому и Большому Аралу. В уравнениях (2) и (3) ZМ-XМ и ZБ-XБ могут быть аналогично (1) заменены на соответствующие величины видимого испарения и Единицы измерения в уравнении — км3 в год.

Почему сократился естественный сток в Арал

Естественные водные ресурсы бассейнов Амударьи и Сырдарьи в зоне формирования стока, то есть в высокогорных районах Памира и Тянь-Шаня, оцениваются примерно в 75 и 37 км3/год соответственно (всего около 112 км3/год). К устьям рек объемы стока вследствие потерь на испарение и инфильтрацию уменьшались в естественных условиях приблизительно наполовину, и в Аральское море в среднем поступало 50−60 км3/год. За 1911;1960 годы суммарный сток Амударьи и Сырдарьи в Арал составлял в среднем 56 км3/год. На долю Амударьи приходилось в среднем 46, а Сырдарьи — 10 км3/год. Этот объем речного стока был достаточным, чтобы поддерживать уровень Арала в первой половине ХХ века в относительно стабильном положении на отметках около 53 м абс.

С начала 60-х годов текущего столетия положение радикально изменилось: поступление речного стока к Аральскому морю стало быстро сокращаться. Большинство исследователей полагают [1−3, 7], что уменьшение притока вод к Аралу объясняется на 20% естественным маловодьем, а на 80% антропогенным фактором — безвозвратным изъятием стока на орошение. В последнее время появилась еще одна гипотеза сокращения речного стока в Арал: увеличение инфильтрационных потерь в руслах Амударьи и Сырдарьи, вызванных землетрясениями, особенно сильными в 1981;1988 годах.

Основным потребителем водных ресурсов Амударьи и Сырдарьи явилось орошаемое земледелие. Площадь орошаемых земель возросла во второй половине ХХ века почти в два раза и составила около 6 млн га. Но на рост безвозвратных потерь стока рек повлияло не только расширение площадей орошения, но и увеличение интенсивности самого орошения. Большую роль в этом сыграло сооружение крупных оросительных каналов, например Каракумского, Большого Ферганского. Забор воды резко возрос в 60−70-е годы. Важную роль сыграли дополнительные потери воды на испарение с поверхности многочисленных водохранилищ, построенных в бассейнах Амударьи и Сырдарьи. На сокращении стока Амударьи и Сырдарьи сказались также нерациональное и неэкономное использование воды, нарушение норм полива.

Величины безвозвратного изъятия стока в бассейне Аральского моря неуклонно возрастали. К 1980 году естественные водные ресурсы Амударьи и Сырдарьи в устьях были использованы соответственно на 65 и 82%. Начиная с 1990 года по прогнозам эти цифры должны были возрасти соответственно до 87 и 90%.

Водный сток рек в Аральское море на протяжении последних 25−30 лет неуклонно снижался. Исключение составил лишь очень многоводный 1969 год. В 70−80-е годы сокращению стока в Арал способствовало естественное маловодье этих лет. Сток в море несколько возрос в относительно многоводные 90-е годы.

Начиная с 1982 года сброс воды Амударьи в Аральское море по основному руслу был прекращен: у кишлака Кызылджар была построена глухая насыпная плотина. Весь поступающий в дельту остаточный речной сток стал направляться на орошение территорий левобережья и обводнение осохших водоемов дельты. Незначительная часть воды по небольшим протокам и через систему озер поступала в море. Приток к морю в 1982, 1983, 1985 и 1986 годах полностью отсутствовал. В последующие относительно многоводные годы (например, в 1987;1988, 1990;1994) часть амударьинского стока все же попадала в Арал.

С 1974 года вследствие практически полного хозяйственного использования вод Сырдарьи и перекрытия основного русла реки в пределах дельты несколькими глухими насыпными плотинами сток воды в море почти прекратился. Незначительное количество воды, сбрасываемое в дельту Казалинским гидроузлом, использовалось на обводнение водоемов дельты. В 1982;1987 годах сток Сырдарьи в Арал полностью отсутствовал. В море вода попадала в небольших объемах лишь в относительно многоводные годы, например в 1988;1994.

Экологические последствия усыхания Арала

Изменение берегов и дна водоема. Большая часть осохшего бывшего дна Аральского моря превратилась в солончаки, которые постепенно осваиваются растительностью, характерной для солончаковых пустынь. Вблизи прежних берегов моря возникли эоловые формы рельефа. Дельты Амударьи и Сырдарьи практически полностью высохли, утратив уникальные природные особенности.

Изменение свойств самого водоема. В последние десятилетия в водной толще Арала произошли следующие изменения.

1. Существенно возросла соленость воды. Если до 1961 года средняя соленость вод Арала S составляла около 10 г/кг (10д), то к 1990 году она возросла до 30д (см. рис. 2), а к 1995 году, по-видимому, до 33−35д. Водоем изменил свой гидрохимический класс, превратившись за короткое время из солоноватого (S < 24,7д) в соленый (S > 24,7д).

2. Изменился солевой состав вод. По мере увеличения солености воды и частичного осаждения карбонатов кальция уменьшилось относительное содержание кальция, магния, сульфатов и заметно возросло относительное содержание ионов хлора, натрия и калия.

3. Изменился термический режим водоема. В связи с увеличением солености снизилась температура замерзания (вплоть до — 1,5_- 2,0?С) и соответственно температура воды зимой. Одновременно с уменьшением глубин и объема воды возросла температура воды весной (на 1−1,5?С) и летом (на 0,5?С).

4. Ледовый режим стал более суровым. Водоем теперь замерзает быстрее и на несколько дней раньше, таяние льда начинается позже и проходит за более длительный период.

5. Нарушилась экосистема водоема. Необратимые изменения экосистемы Арала проявились в сокращении численности микроорганизмов, изменении их видового состава, уменьшении в 5−6 раз биомассы фитои зоопланктона, резком ухудшении кормовой базы, условий нереста, обитания и воспроизводства рыбного стада, резком сокращении рыбных запасов.

Изменение природной среды Приаралья. К основным последствиям усыхания Арала относят:

1) ухудшение режима влажности воздуха и уменьшение влагосодержания в нижнем слое атмосферы;

2) возрастание повторяемости ранних заморозков;

3) увеличение повторяемости пыльных бурь, усиление выноса песка и солей с высохшей части моря;

4) прогрессирующее опустынивание Приаралья.

Возможные изменения Арала в будущем

Изменение режима обеих частей Арала — Малого и Большого морей — в будущем будет зависеть от величины поступающего в них речного стока, а также от возможных местных гидротехнических мероприятий по регулированию их режима.

По различным прогнозам, уровень Малого моря может изменяться в пределах 35−40 м абс. при колебаниях стока Сырдарьи в диапазоне 0,5−2 км3/год. Возможна (как естественная, так и искусственная) полная изоляция Малого моря от Большого. При недостатке речного стока этот водоем ждут прогрессирующее усыхание и осолонение.

Уровень равновесия (когда приход воды сравняется с расходом) в Большом море при стоке Амударьи 19,5 км3/год будет равен 33,2 м абс., при меньшем стоке уровень равновесия еще ниже. Поскольку сток Амударьи в море вряд ли удастся поддерживать в достаточных объемах, уровень Большого моря будет продолжать снижаться. При уровне около 30 м абс. Большое море разделится на две части: меньшую по площади и более глубокую западную и большую, но мелководную восточную. При малом стоке Амударьи уровень в западной части может понизиться до отметки 20 м абс. и ниже. Снижение уровня и уменьшение объема Большого моря и его частей будут сопровождаться быстрым осолонением воды, сначала до 40−50д, а потом и до больших значений. При малом речном стоке восточная часть Большого моря высохнет, а западная превратится в небольшой высокосоленый водоем.

За 40 лет в результате расточительного использования водных ресурсов в бассейнах рек уникальный, ценнейший в экологическом и экономическом отношении Арал обмелел и практически утратил свое рыбохозяйственное, транспортное и рекреационное значение. Усыхающий водоем оказывает отрицательное влияние на природные, социально-экономические, санитарно-эпидемиологические условия окружающих территорий. Возникли серьезные проблемы с трудоустройством и переселением значительной части населения прибрежных районов. Негативные процессы в самом Арале и Приаралье продолжают развиваться и усиливаться. Прогнозы в этом отношении весьма неблагоприятны.

Восстановить Аральское море в прежнем виде невозможно. В настоящее время возможна лишь стабилизация режима Арала при уровнях, близких к современным. Для этого надо либо существенно сократить потери воды в бассейнах рек, что потребует крупномасштабной реконструкции оросительных и дренажных систем, либо осуществить местные гидротехнические меры по регулированию режима самого водоема. Среди наиболее реальных мер рассматриваются следующие: сохранение Малого моря с подачей сырдарьинской воды в объеме 3−5 км3/год и регулируемым сбросом вод в Большое море; сохранение водоема в западной части Большого моря на отметках 31−32 м абс. с подачей амударьинской воды в объеме 8−10 км3/год; обвалование и восстановление водоемов в некоторых бывших заливах на юге моря и в дельте Амударьи.

Заключение

Имеются ли у человечества возможности для преодоления водного кризиса? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть две взаимосвязанные проблемы: 1) количественное исчерпание запасов доступных пресных вод в отдельных регионах земного шара; 2) катастрофическое загрязнение вод в процессе их хозяйственного использования и качественное истощение водозапасов.

Как уже отмечалось выше, в глобальном масштабе водных ресурсов пока вполне достаточно для удовлетворения всех потребностей мирового хозяйства в этом природном сырье. Однако в отдельных регионах дефицит пресных вод ощущается очень остро и заставляет разрабатывать специальные технические способы увеличения их запасов. К ним относятся: откачка подземных вод, опреснение соленых морских вод, межбассейновые переброски стока, регулирование поверхностного стока и другие. Например, перехват водохранилищами паводковых и талых вод резко увеличивает объем местных водозапасов; и для многих стран мира, особенно в Африке, Азии, Европе, Латинской Америке, он превратился в основное мероприятие по снижению дефицита пресных вод, В мире насчитывается более 16 тыс. водохранилищ с полезным суммарным объемом 6000 км³. Их эксплуатация увеличила устойчивую составляющую полного мирового стока более чем на 25%.

Более существенные результаты следует ожидать на пути жесточайшей экономии расходования воды, т. е. применения принципиально иных рациональных — систем водопользования. Под рациональной системой понимается такая организация водного хозяйства при которой: 1) все население мира обеспечивается питьевой и хозяйственно-бытовой водой в необходимом количестве и должного качества; 2) все образующиеся стоки проходят очистку до стандартов питьевой воды: 3) на промышленных предприятиях внедряются маловодные и «сухие» технологии, бессточные системы отработанных вод с полной очисткой, и регенерацией стоков, замкнутые системы водопользования; 4) полностью прекращается сброс отработанных вод в водные источники.

Методы полной регенерации стоков еще очень дороги и применяются пока на стадии экспериментальных разработок, но в перспективе они будут внедряться и в промышленных масштабах.

Использованная литература

1. Бортник В. Н., Кукса В. И., Цыцарин А. Г. Современное состояние и возможное будущее Аральского моря // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1991.

2. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

3. Гидрометеорологические проблемы Приаралья / Под ред. Г. Н. Чичасова. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

4. Комар И. В. / Рациональное использование природных ресурсов / Москва 1986 год.

5. Космические методы геоэкологии / Под ред. В. И. Кравцовой. М., 1998.

Кривошей М. И. Арал и Каспий: (Причины катастрофы). СПб., 1997.

6. Кукса В. И. Южные моря (Аральское, Каспийское, Азовское и Черное) в условиях антропогенного стресса. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994.

7. Шиварева С. П., Смердов Б. А. О моделировании уровней Аральского моря и его частей на перспективу // Гидрометеорология и экология. 1996.

8. Шикломанов И. А. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

9. Экономическая и социальная география мира / Атлас / 10 класс / Москва 1998 год.