Гидрологический цикл– основной цикл, с которым связано непрерывное образование пресной воды. Источником энергии для его поддержания является солнечная энергия. На Земле, возраст, которой примерно 4,43 млрд. лет, в течение первого млрд. лет, накапливался объем воды, образовавший мировой океан. В течение последующих 4,5 млрд. лет общий объем воды на Земле изменялся в небольших пределах. Вследствие растворения минералов содержащихся в Земной коре, гидросфера представлена в основном соленой водой. Средняя концентрация солей в морской воде 35 г/л, такая вода непригодна для питья.
Питьевая вода должна иметь минерализацию не более 1г/л. Она образуется на континентах в процессе гидрологического цикла. За счет энергии солнечной радиации, поступающей к Земной поверхности, испаряются непрерывно громадные объемы воды. С поверхности океана испаряется 505 тыс. км3 воды за год. С поверхности континентов испаряется 72 тыс. км3 воды за год. Испарившаяся вода поднимается в атмосферу. С подъемом на каждые 100 метров воздух охлаждается приблизительно на 0,6оС, следовательно, пар конденсируется, сгущается в облака, из которых выпадает на землю в виде осадков. Таким образом, вся испарившаяся вода практически без потерь возвращается на Землю в виде дождя и снега, и эта возвратившаяся вода будет пресной, так как соль при испарении остается в воде. Два века назад эту идею обосновал Э. Галилей.
Разница осадков и испарения на континентах (47 тыс.км3/год) характеризует суммарный речной сток, а так же сток подземных вод, которые в основном выклиниваются в русло рек. Суммарный речной сток называют эксплуатационным запасом- брутто пресных вод на Земле. Человек может брать у природы столько воды, сколько ее восстанавливается в процессе гидрологического цикла - 47 тыс. км3/год.
Рассмотрим в качестве примера речной бассейн. Обозначим F- величина площади водосбора, км2; Х- количество осадков за год, которые выпали на площадь водосбора, мм; Z- испарение, мм. Пусть для бассейна р. Качи до поселка Емельяново Х=550 мм/год; F=561 км2; Z=300 мм/год.
Рис. 1.2 Схема речного бассейна.
Определим слой воды, который ежегодно образуется на площади водосбора реки Качи за счет превышения осадков над испарением (слой стока):
У =X–Z = 550 – 300 = 250 мм/год,
где У - слой стока. Объём стока с площади водосбора Wy – и естьэксплуатационный запас воды
Wy = (X-Z)*F*1000 = 140.25*106 м3/год.
Вывод: эксплуатационный запас воды на площади F определяется разницей осадков испарения X-Z на этой площади, этот запас ежегодно возобновляется, и он равен речному стоку с площадью водосбора F. На площади F может быть несколько частных водосборов, суммарный эксплуатационный запас будет равен суммарному стоку всех рек, стекающих с этой площади.
В действительности, количество забираемой воды на хозяйственные нужды и для водоснабжения населения чаще всего меньше, чем Wy, поскольку требуется обеспечить благоприятную экологическую обстановку за пределами водосборной площади F. В приведённом выше примере, если в районе пос. Емельяново забрать весь сток реки Качи, то река на значительном расстоянии ниже по течению окажется без воды. Высохнет пойма, изменится ландшафт речной долины, погибнут водные обитатели, а населенные пункты лишатся реки. Объем забора должен быть согласован в местных органах управления природными ресурсами. Таким образом, для оценки допустимого изъятия речной воды необходимо учитывать экологические условия ниже расположенного участка речной долины.
Природные воды подразделяются на возобновляемые и вековые. Во всей гидросфере сосредоточено 1400*106 км3 вековых запасов воды [29]. Если этот объем равномерно распределить по всей поверхности Земли, получим слой воды толщиной 2730 м.
Гидросфера Земли представлена следующими составляющеми:
1. Мировой океан занимает 96,5 % от всей гидросферы. Соленостъ мирового океана 35 г/л. Поэлементный состав морской воды близок к составу человеческой крови.
2. Ледники сосредоточены на полюсах (90 % всего льда находиться в Антарктиде, средняя толщина льда в Антарктиде 1550 м, max 4330 м). Обьем льда в ледниках 1,7 % от общего запаса воды на земле.
3. Подземные воды составляют менее 1,7 % свей гидросферы, минерпализация 1,5 г/л.
4. Озера занимают 0,013 % от состава гидросферы, например, в Байкале сосредоточено 25 % мирового запаса пресной воды.
5. Реки, запас воды составляет 0,0002 %. В СНГ Енисей занимает 1 место по объему стока, затем идут Обь и Лена. Самая крупная река в мире Амазонка.
В целом запас пресной воды на земном шаре (включая воду ледников, подземную, озерную, речную) составляет всего 2,5 %.
Количество воды, которое может быть использовано человеком - это возобновляемый запас – равен речному стоку. Возобновляемые запасы воды образуются непрерывно в процессе гидрологического цикла (см. раздел 1.1).
