geolike.ru

Состояние водных ресурсов в мире

По материалам 3 Всемирного водного форума Киото, март 2003г.

Наша организация "Зеленый Парус" участвовала в 3 Всемирном водном форуме с проектом "Река и дети"

Общее количество воды на Земле составляет около 1400 млн. куб.км.

Из этого общего количества 97,5 % приходится на соленую воду Мирового океана.

Пригодной для использования человеком является чуть более 2 % всей воды, или около 39500 куб.км. Из этой воды около:

        ·  69 % приходится на воду в виде снега и льда Антарктики и Гренландии,

        ·  около 30 % приходится на подземные воды и

        ·  только 0,12 % на поверхностные воды рек и озер.

        ·  Пригодной для непосредственного использования является 9000 куб.км,

        ·  потребляется 4000 куб.км.

        ·  Азия: 55 % всей воды

        ·  Северная Америка: 19 %

        ·  Европа: 9,2 %

        ·  Африка: 4,7 %

        ·  Южная Америка: 3,3 %

        ·  Остальной мир: 8,8 %

        ·  Сельское хозяйство: 70 %, но при этом 800 млн. человек остаются голодными

        ·  Промышленность: 22 %

        ·  На домашнее хозяйство: 8 %.

        ·  600 л в Северной Америке и Японии

        ·  250-350 л в Европе

        ·  10-20 л в странах около Сахары

Среднемировой годовой забор воды из рек и подземных источников составляет 600 куб.м на человека, из которых 50 куб.м является питьевой водой или 137 л на человека в день.

        ·  1,4 млрд. человек в мире не имеют доступа к безопасной питьевой воде (это более 1/3 всего человечества)

        ·  2,4 млрд. чел. не обеспечены санитарными условиями. Из них по регионам:

        ·  2 % в Европе

        ·  13 % в Африке

        ·  80 % в Азии

        ·  5 % в Латинской Америке и Карибском бассейне.

        ·  Водный дефицит испытывают 250 млн. человек в 26 странах.

2,2 млн человек в мире ежегодно умирают от болезней, связанных с недостатком воды

6000 детей ежедневно умирают от болезней, связанных с недостатком воды и отсутствием санитарных условий

250 млн человек ежегодно страдают от таких болезней

40 % человечества живет в регионах, испытывающих высокий уровень водного стресса

К 2025 году около 5,5 млрд человек может испытывать такой водный стресс

За прошедшие 100 лет потребление воды увеличилось в 6 раз, а прирост населения увеличился в 2 раза.

Водные экосистемы очень сильно деградируют.

Почти половина ветландов (области с повышенным увлажнением - болота, побережья) были потеряны, более 20 % видов из 10000 пресноводных видов исчезли.

В таких областях как США, Китай и Индия подземные воды потребляются быстрее, чем успевают пополниться.

Данные о суммарных ресурсах и запасах пресных вод России приведены в таблице.

Территориальная неравномерность, большая внутригодовая и многолетняя изменчивость речного стока затрудняют обеспечение населения и экономики России необходимым количеством воды. Эта проблема решается за счет регулирования стока рек водохранилищами. Причем наиболее эффективное и многоцелевое использование водных ресурсов достигается в каскадно расположенных водохранилищах, образующих единую водохозяйственную систему. Примером могут служить Волжско-Камский и Ангаро-Енисейский каскады.

Сегодня Россия имеет 103 крупнейших водохранилища, каждое объемом свыше 100 млн. м³. Суммарная площадь их водной поверхности составляет 101155,7 тыс. км², полезный объем 338649,2 млн. м³. Кроме них для различных видов водопользования построено большое число водохранилищ с полезным объемом от 1 до 100 млн. м³, а также малые водохранилища и пруды с полезным объемом менее 1 млн. 3'.

Основная цель создания водохранилищ - планируемые изменения в природе. К ним относятся: выравнивание естественной неравномерности стока между сезонами года и годами различной водности, между днями недели и часами суток в интересах гидроэнергетики, ирригации, водоснабжения, рыбного хозяйства; вовлечение в хозяйственное использование непродуктивных земель и создание на них более продуктивной водной среды для развития рыбоводства; улучшение природных условий прилегающих территорий.

С помощью водохранилищ были созданы водные транспортные пути на главных судоходных реках России, таких как Волга, Кама, Дон, Енисей.

Из водохранилищ осуществляется хозяйственно-питьевое водоснабжение большинства крупных городов - Москвы. Екатеринбурга, Челябинска, Нижнего Тагила и многих других.

Водохранилища эффективно используются и для защиты от наводнений, например, Зейское и Бурейское на Дальнем Востоке, Краснодарское на Северном Кавказе.

Вместе с тем при строительстве и эксплуатации водохранилищ возникают неизбежные отрицательные последствия: затопление земель, повышение уровня грунтовых вод и заболачивание, изменение качества воды вследствие замедления стока, избыточное развитие сине-зеленых водорослей (так называемое "цветение" воды).

При создании водохранилищ в равнинных условиях образуются обширные мелководья, что особенно характерно для Волжского каскада. Чтобы вернуть затопленные земли для дальнейшего сельскохозяйственного использования, их отделяют от основной акватории дамбами или системой польдеров. Для снижения того отрицательного влияния, которое водохранилища, особенно малые, оказывают на новые берега, широко используют метод намыва берегоукрепительных пляжей. Территориальное перераспределение стока

Важным направлением водохозяйственной деятельности является строительство и эксплуатация крупных гидротехнических систем, позволяющих перераспределять речной сток из регионов, имеющих избыток водных ресурсов, в районы с их дефицитом. В настоящее время в России действует 34 системы подобного рода с суммарной протяженностью около 3 тыс. км. Ими перераспределяется около 15 км³ воды в год.

Для улучшения водообеспечения безводных сельскохозяйственных районов широко используются групповые водоводы. Их протяженность составляет от нескольких десятков до нескольких сотен километров.

Наиболее крупными каналами для перераспределения речного стока являются: на реке Кубани - Большой Ставропольский, пропускная способность которого 180 м³/с, и Кубанский оросительный (210 м³/с); на реке Дон - Донской (250 м³/с); на Волге - канал им. Москвы (125 м³/с).

Плотина - массивная перемычка, возводимая для удержания водного потока, основное гидротехническое сооружение при использовании и регулировании водных ресурсов. Уже в доисторические времена в Египте, Месопотамии и других районах обитания человека строились простейшие плотины в виде насыпей из земли и камней. На протяжении многих веков устройство плотин определялось соображениями, почерпнутыми только из практического опыта, и лишь в 1853 французский инженер Де Сазилли теоретически обосновал их конструктивные принципы.

Водосливные плотины возводятся, чтобы повысить уровень воды в реке или отвести водоток, что обычно необходимо при строительстве электростанций, для обеспечения судоходства или орошения земель. Глухими плотинами (без пропуска воды) перегораживают водоток и создают водохранилища, предназначенные для обеспечения городов водой или электроэнергией либо для ирригационных целей и т.п. У многих плотин этого типа верхняя часть устраивается так, что при необходимости может служить водосбросом. Плотина противодействует напору воды либо собственным весом (гравитационные плотины), либо своей конструкцией, силовые элементы которой обеспечивают устойчивость всего сооружения (арочные, контрфорсные плотины). Гравитационные плотины делают в виде каменной кладки, бетонных заграждений, земляного или скального (щебневого) заполнителя; другие плотины строят из бетона, железобетона, стальных конструкций или лесоматериалов.

Важным направлением водохозяйственной деятельности является строительство и эксплуатация крупных гидротехнических систем, позволяющих перераспределять речной сток из регионов, имеющих избыток водных ресурсов, в районы с их дефицитом. В настоящее время в России действует 34 системы подобного рода с суммарной протяженностью около 3 тыс. км. Ими перераспределяется около 15 км³ воды в год.

Для улучшения водообеспечения безводных сельскохозяйственных районов широко используются групповые водоводы. Их протяженность составляет от нескольких десятков до нескольких сотен километров.

Наиболее крупными каналами для перераспределения речного стока являются: на реке Кубани - Большой Ставропольский, пропускная способность которого 180 м³/с, и Кубанский оросительный (210 м³/с); на реке Дон - Донской (250 м³/с); на Волге - канал им. Москвы (125 м³/с).

Такие каналы бывают двух типов: первые представляют собой кратчайший путь для кораблей между двумя океанами или иными водными бассейнами, вторые позволяют океанским судам подходить к портам, расположенным вдали от морских побережий.

К важнейшим глубоководным каналам относятся Панамский (между Атлантическим и Тихим океанами), Суэцкий (между Средиземным и Красным морями) и Кильский (между Балтийским и Северным морями). Если бы не было этих каналов, то грузы приходилось бы перевозить кружным морским путем либо с перевалкой на наземный транспорт, что требует больших затрат времени, труда и средств.

Некоторые судоходные каналы строились не только в целях развития торговых путей, но и для быстрой переброски из одного бассейна в другой военных кораблей, вследствие чего эти каналы приобрели стратегическое значение.

Большинство глубоководных каналов строилось в 19 и начале 20 в., и лишь редкие из них способны пропускать самые крупные современные суда. Шлюзы каналов узки или коротки для таких судов, или при полной загрузке судов большого водоизмещения, сами каналы недостаточно глубоки.

Суэцкий канал длиной 161 км был открыт для судоходства в 1869, Кильский (98,7 км) - в 1895, Панамский (81,6 км) - в 1914, Беломорско-Балтийский (227 км) - в 1933.

Большинство судоходных каналов мира составляют каналы, по которым могут проходить лишь суда с малой осадкой. Мелководными каналами обычно соединяются реки и озера, а их сеть образует систему водных путей внутри региона. Особенно важна транспортировка по этим путям для стран Европы - России, Польши, Германии, Франции, Нидерландов и Бельгии.

Некоторые каналы прокладывали параллельно рекам и озерам. Каналы такого типа называются обходными или обводными. Например, в Нидерландах существует Юлиана-канал, проложенный вдоль русла реки Маас между городами Маастрихт и Маасбрахт, в России - Старо- и Новоладожский каналы вдоль южного берега Ладожского озера.

Обводные каналы обычно строились в обход несудоходных участков рек. Однако возможности современной техники позволяют так управлять режимом рек, что они становятся подобны каналам. На реках возводятся плотины с многокамерными судоходными шлюзами, что превращает эти реки в судоходные каналы. В США именно так преобразованы река Огайо и верховье реки Миссисипи, в России - среднее и нижнее течение р. Москвы, которая стала частью водного пути до Оки и Волги.

Наиболее интересным по принципам работы и эксплуатационным особенностям гидротехническим узлом судоходного канала является шлюз - водонепроницаемая камера, в которой судно поднимается или опускается до тех пор, пока уровень воды в шлюзе не сравняется с уровнем того участка канала, куда направляется судно. Канал может состоять из нескольких участков с различными уровнями воды в них, и на каждом перепаде устраивают один или несколько шлюзов. Лишь немногие экономически важные каналы соединяют реки или иные водоемы с одинаковым уровнем воды в них, и рельеф их местности таков, что уровень воды на всем протяжении этих каналов одинаков, поэтому там не нужны шлюзы. Таковы Суэцкий и Кильский каналы.

Уровень воды в шлюзе изменяют, прогоняя ее насосами по водопроводным галереям в днище или стенках шлюза, либо она поступает через них самотеком. Когда судно направляется из верхнего бьефа в нижний, вода в шлюзе поднимается до уровня в верхнем бьефе, чтобы судно могло войти в шлюз. В каждом торце шлюзовой камеры расположен водонепроницаемый гидротехнический затвор, обычно представляющий собой ворота из двух створок, которые, поворачиваясь, смыкаются под тупым углом, смотрящим в сторону верхнего бьефа. Верхние ворота открываются, судно входит в шлюз, и ворота за ним плотно закрываются, опять образуя водонепроницаемый затвор. Затем вода из шлюза отводится до уровня в нижнем бьефе, после чего нижние ворота открываются и судно выходит из шлюза. Когда судно движется вверх, все происходит в обратном порядке. Обычно вода для повышения уровня в шлюзе поступает через водопроводные галереи из верхнего бьефа, а для понижения уровня в шлюзе - сливается через аналогичные галереи в нижний бьеф.

Когда были изобретены шлюзы - точно не известно, но, вероятно, это произошло в 14 или 15 в. В 1481 два монаха-доминиканца из Витербо (Италия) предложили схему шлюзовой камеры с затворами, а Леонардо да Винчи (1452-1519) спроектировал 6 шлюзов, создав систему каналов Милана. До этого (и долгое время после этого) на многих каналах суда поднимались или опускались по наклонной плоскости на канатах; однако таким способом можно было перетаскивать лишь небольшие суда. Историческая роль шлюзов обусловлена именно тем, что с их помощью можно проводить крупные суда по каналам с перепадом уровня воды.

Шлюзы - необходимые сооружения в современных каналах, но они доставляют много хлопот обслуживающему персоналу и раздражают тех, кто вынужден проходить через них. Они не только удорожают строительство и эксплуатацию, но и замедляют движение судов. На большинстве судоходных каналов (даже мелководных) обычно шлюзуют по одному судну. Поэтому перед шлюзом, как правило, выстраивается длинная очередь судов, хотя на некоторых каналах шлюзы расположены цугом и этим сокращается время ожидания прохода через них. Откосы и ложе каналов обычно укрепляют для предотвращения разрушения и уплотняют во избежание фильтрации воды.

В некоторых озерах, особенно в мелководных или подверженных воздействию сильных ветров, вообще отсутствует заметная стратификация воды. Это означает, что водные массы более или менее постоянно перемешиваются под действием ветра и довольно однородны по всем параметрам. Однако для большинства глубоких озер и тех, которые находятся в ветровой тени, характерна отчетливая стратификация водной толщи по физическим свойствам, в результате которого менее плотные воды располагаются над более плотными. Такая стратификация существенно отражается на химическом составе и биологии озер.

При взаимодействии солнечной энергии с водой последняя приобретает уникальное свойство: ее плотность достигает максимальной величины (1,0) при температуре ок. 4° С, постепенно уменьшаясь как при повышении, так и при понижении температуры. В озерах солнечный свет используется растениями для фотосинтеза, а животными - чтобы видеть под водой. Свет влияет также на вертикальные миграции некоторых организмов, но главный результат воздействия солнечной энергии - нагревание воды. Приток энергии от Солнца значителен. Приход солнечной энергии в течение одного летнего дня может достигать 500 кал на 1 см² поверхности озера. Часть этой энергии отражается от зеркала озера, часть рассеивается водной поверхностью в пространство, а часть поглощается водой и превращается в тепловую энергию. Эта тепловая энергия частично излучается вновь в атмосферу или затрачивается на испарение.

Нагревается главным образом верхний слой воды толщиной несколько метров, поскольку радиация быстро поглощается по мере ее проникновения вглубь. Нагревание приводит к расширению воды в этом верхнем слое, отчего ее плотность уменьшается по сравнению с плотностью нижележащих холодных слоев. Нагретая вода скапливается поверх холодных и потому более плотных вод. Однако ранней весной, особенно в районах с умеренным климатом, температура воды в целом остается низкой, так что уменьшение плотности, обусловленное таким нагреванием, незначительно, и ветер перемешивает нагретую воду во всей ее толще. Позже, по мере возрастания прихода солнечной энергии, температура воды в озере в целом повышается, и снижение плотности на единицу приращения температуры становится больше, равно как увеличивается и объем нагретого приповерхностного слоя воды. В конечном счете ветер уже не способен перемешивать всю водную массу, и приход солнечной энергии сосредоточивается в нескольких верхних метрах воды.

В результате озерные воды оказываются разделенными на два горизонта: верхний, менее плотный, теплый - эпилимнион, и нижний, более плотный, холодный - гиполимнион. Промежуточный слой, в котором происходит быстрое понижение температуры с глубиной, называется металимнионом, или термоклином. Такая стратификация определяется скорее плотностью воды, чем ее температурой. Поскольку в тропических регионах, где температура воды в целом выше, изменения плотности намного больше и разность температур между эпилимнионом и гиполимнионом может быть значительно меньше, чем в районах с умеренным климатом. В любом случае, если плотность воды в эпилимнионе и гиполимнионе различается на величину от 0,001 до 0,003, достигается заметная устойчивая стратификация. Столь небольшие различия позволяют озерным водам противостоять перемешиванию даже под воздействием сильных ветров.

В конце лета, когда дни становятся короче, а поступление солнечной радиации уменьшается, верхний слой воды остывает, становится плотнее и вскоре вместе с нижележащими водами подвергается ветровому перемешиванию, из-за чего мощность эпилимниона увеличивается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура воды по всей глубине озера в результате перемешивания не сравняется с температурой гиполимниона или не станет близкой к ней.

В тропических районах, где температуры постоянно выше 0° С, такого рода циркуляция озерных вод может продолжаться на протяжении всей зимы. Однако там, где зимние температуры воздуха опускаются ниже 0° С, озерные воды продолжают остывать и перемешиваться до установления температуры 4° С. Если в дальнейшем поверхностные воды охлаждаются ниже этой температуры, соответствующей максимальной плотности воды, они вновь становятся легче и остаются на поверхности, создавая в озере стратификацию, которая не только зависит от плотности, но и связана обратной зависимостью с температурой. Сковывание льдом водной поверхности оказывает стабилизирующее воздействие, и такая стратификация сохраняется на протяжении всей зимы, пока весной вновь не произойдет полное перемешивание озерных вод. Таким образом, обычно в годовом цикле озер выделяются периоды летней и зимней стратификации и весеннего и осеннего перемешивания озерных вод.

В большинстве озер в зависимости от климатических особенностей региона стратификация устанавливается один или два раза в год или же вообще не устанавливается на более или менее заметный срок. Однако стратификация других озер сохраняется постоянно, обычно вследствие того, что плотность глубинных вод повышается не за счет температурных различий, а скорее из-за более высокой концентрации растворенных химических соединений. Такие озера, в отличие от периодически полностью перемешиваемых, называются частично перемешиваемыми, поскольку в нижнем слое перемешивание не происходит. Такой же слой может существовать в очень глубоких озерах, как, например, Танганьика, где сезонная динамика температур воздуха протекает столь быстро, что вода в озере не успевает полностью перемешаться.

Свойство озер накапливать тепло в течение лета и отдавать его зимой может оказывать существенное смягчающее воздействие на местный климат. Это особенно справедливо для крупных озер, таких как Великие. Например, оз. Мичиган ежегодно поглощает и затем отдает более 50 ккал тепла на 1 см² своей поверхности.

Искусственные водоемы

Издревле человек селился у воды. Естественно, он изменял свою среду обитания, выпрямляя реки, прорывая новые каналы, создавая пруды и фонтаны.

Изумительными классическими фонтанами славится Петергоф. Современный городской дизайн предлагает новые формы фонтанов. Один из таких фонтанов нас удивил в Гетеборге (Швеция)

Яркими примерами рукотворной среды обитания являются города, расположенные на каналах - Венеция, Амстердам (видео - канал Амстердама), Санкт-Петербург.

Жизнь воды и жизнь ее обитателей в значительной мере скрыта от глаз человека. Поэтому во всем мире существуют аквариумы, океанариумы, в которых живут самые экзотические животные в условиях, доступных для наблюдения широкой публикой. Только в аквариумах мы, жители северного полушария, удаленные от тропических морей, можем увидеть экзотических медуз.

Тяга современного человека к природе находит отражение в том, что современные цивилизованные города притягивают диких птиц. Дикие утки обычными являются в Петербурге, лебеди живут в некоторых городских прудах. Мы наблюдали уток в фонтане в центре Парижа. Кроме огромных аквариумов, обычными являются аквариумы в домашних условиях, в учреждениях, школах, офисах, музеях. Наблюдения за обитателями аквариумов доставляет огромное наслаждение многим людям.

Наш "Зеленый Парус" побывал в некоторых зоопарках мира (Берлинский зоопарк, Гетеборгский музей естественной истории Universum). Кроме того, в самом "Зеленом Парусе" имеются аквариумы с различными обитателями. Мы предлагаем Вам вместе с нами подсмотреть за жизнью водных и околоводных обитателей.