МЕЛИОРАЦИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ОРОШЕНИЯ

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Общие сведения. Вода — единственное вещество на Земном шаре, встречающееся в естественных условиях в огромных количествах во всех трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном.

Покрывая около ³/₄ поверхности нашей планеты, вода — колыбель жизни на Земле и составляет более 50% массы любого живого существа.

Известно, что запасы пригодной для потребления воды ограничены. Однако вода слишком часто расходуется бесконтрольно, загрязняется и отравляется, что не только затрудняет снабжение водой, но и нарушает общее экологическое равновесие в природе. На огромных пространствах развивающихся стран имеется большой дефицит чистой воды.

Общие запасы на Земле всех видов воды в свободном состоянии достаточно хорошо известны — они оцениваются огромной цифрой — 1386 млн км³. Если этой водой равномерно покрыть весь Земной шар, то ее слой составил бы 3700 м.

Суммарные запасы всех видов пресных вод — рек, озер, подземных и снежно-ледниковых ресурсов — оцениваются в 35 млн км³, т.е. всего 2,5% от общего количества воды.

Ресурсы пресной воды еще уменьшатся, если учесть, что основная их масса — более 24 млн км³, или 70% запасов, — находится в «законсервированном» виде — в ледниках и снежном покрове Арктики, Антарктиды и Гренландии и труднодоступна для практического использования.

Основным источником обеспечения водой человечества в большинстве стран сейчас и в далекой перспективе будут реки и озера, запасы воды в которых далеко не безграничны и не превышают

25 тыс. км³, т.е. всего 0,26% от суммарных ресурсов пресных вод, или 0,007% от общих запасов воды.

Кроме того, речной сток распределен неравномерно во времени и по поверхности суши. В силу больших колебаний речного стока от года к году и в течение года без регулирования можно использовать лишь устойчивую его часть, т.е. примерно 25%.

В результате возобновляемые в процессе круговорота воды в природе ресурсы пресных вод, характеризующие реальные эксплуатационные возможности для наиболее освоенной части нашей планеты, составляют, по оценке специалистов, около 12 500 км³. Это не намного превышает прогнозируемый на середину XXI в. объем водопотреб- ления.

Поэтому водная проблема рассматривается на сегодняшний день как первостепенная.

Основной источник пресных вод на суше — влага, приносимая с поверхности океана. Выпадая в виде атмосферных осадков, она образует воды континентов и поддерживает их питание. Океан, таким образом, в природе играет роль гигантского опреснителя, обеспечивающего восстановление количества и качества пресных вод.

Постоянно протекающий на Земном шаре геофизический процесс, включающий испарение воды с поверхности океана, перенос паров воздушными потоками в атмосфере, образование облаков и выпадение осадков над океаном и сушей, движение воды на поверхности Земли и в недрах ее и сброс воды снова в мировой океан, называется круговоротом воды в природе.

На суше ежегодно выпадает 119 тыс. км³ атмосферных осадков, из них около 68% снова испаряется, 31% достигает океана через ручьи и речки и 1 % — в виде подземного стока, т.е. поверхностный сток составляет около 47 тыс. км³, а подземный — 1200 км³. В круговороте участвуют огромные массы воды в виде атмосферных паров — около 12 300 км³.

Сегодня нет каких-либо объективных данных, свидетельствующих об одностороннем водообмене между атмосферой и космосом, который бы приводил к изменению водных запасов Земли.

Основные водоисточники для сельскохозяйственных нужд:

• • поверхностные воды — реки, озера, каналы, водохранилища и т.д.;
• • подземные воды, добываемые через трубчатые и шахтные колодцы

и родники.

Поверхностные воды. С точки зрения использования поверхностного стока наибольшее значение имеют реки, т.е. поверхностные текучие воды, принимающие участие в общем круговороте воды.

Одна из основных характеристик рек и речного стока — это площадь водосбора, или бассейн реки. Линия, отделяющая в плане водосборную площадь одной реки от другой, называется водораздельной линией, которая представляет собой пересечение склонов смежных водосборов. В площадь водосбора какого-либо створа реки входят также водосборные площади всех притоков, расположенных выше данного створа.

Для характеристики стока в гидрологии применяются следующие понятия.

Расход воды Q — количество воды, прошедшее за секунду через поперечное сечение реки, измеряется в кубических метрах в секунду (м³/с).

Объем стока W — количество воды, прошедшее через сечение реки за определенный промежуток времени, например за сутки, месяц, год ит.д., W=Qt, м³.

В гидрологии ожидаемые величины стока и его колебания определяют на основе закономерностей изменения стока, наблюдавшихся ранее. Поскольку изменения годового стока носят случайный характер, то для анализа этих изменений применяют методы математической статистики и теории вероятности.

Допустим, что мы имеем ^наблюдений за годовым стоком. Примем весь период наблюдений за 100%, тогда каждый год по отношению ко всему периоду составляет 100/N%, следовательно, наибольший расход реки за период наблюдений имеет обеспеченность 100/jV%, следующий по величине расход — 2-100/N%, а последний — N/N-100 = = 100% обеспеченности. Таким образом, обеспеченность любого числа ряда можно выразить следующей формулой:

где т — порядковый номер данного члена в ряду, расположенном в убывающем порядке; N — число всех членов ряда.

Графическое представление зависимости расхода от процента его обеспеченности дает кривую обеспеченности (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Кривая обеспеченности

По кривой обеспеченности определяют расчетный расход заданной обеспеченности. В зависимости от характера водопотребителя принимается различный процент обеспеченности: для водоснабжения — 90...97%, для орошения —75...95, для целей энергетики — 75...97, для водного транспорта — 85...95%.