Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов - Водные ресурсы

 

Водные и гидроэнергетические ресурсы СССР
1
Водные ресурсы СССР
Ресурсы пресных вод Советского Союза представлены непрерывно возобновляемым речным стоком, вековыми запасами воды в озерах и ледниках и подземными водами, большей частью непосредственно связанными с речным стоком.
Ресурсы речного стока, формирующегося в границах территории СССР, составляют по среднему многолетнему объему 4 384 км³. Около 330 км³ речного стока поступает на территорию СССР из сопредельных зарубежных стран [Л. 1].
В табл. 2-1 сопоставлены ресурсы речного стока СССР с рядом зарубежных стран, имеющих как наиболее значительные объемы речного стока, так и сравнительно ограниченные величины его.

Таблица 2-1
Ресурсы речного стока СССР и ряда зарубежных стран

Страна	Площадь территория. млн. км	Население на 1 января 1968 г., млн. чел.	Суммарный средний многолетний объем речного стока, км/год	Удельная .водность
				с 1 км, л/сек в среднем за год	на 1 чел. тыс. м в год
СССР	22,275	241,7	4 384	6,2	18
Бразилия	8,51	85,7	3 200	11,9	37
США	9,36	200,7	2850	9,8	14
Китай	9,90	700	2 600	8,3	4
Канада	9,98	20,4	1500	24,0	74
Норвегия	0,32	3,8	366	35,8	96
Франция	0,551	49,8	343	19,7	7
Югославия	0,256	20,1	123	15,2	6
Польша	0,312	32,1	58,0	5,9	2
Чехословакия	0,128	14.3	28,5	7,0	2

• Численность населения Советского Союза указана на 15 января 1970 г.

Приведенные данные показывают, что поверхностные водные ресурсы Советского Союза значительно выше ресурсов других стран. Они в 1,4 раза превышают ресурсы Бразилии, в 1,5 раза — США, в 1,7 раза — Китая, 2,9 раза — Канады, почти в 13 раз— Франции и т. д. Однако удельная водность на одного человека в СССР ниже чем в ряде зарубежных стран: в 5 раз по сравнению с Норвегией, в 4 и 2 раза по сравнению с Канадой и Бразилией. По сравнению с большинством других стран удельная водность в СССР на одного человека значительно выше.
С народнохозяйственной точки зрения важное значение имеет распределение речного стока по территории страны. В этом отношении поверхностные водные ресурсы Советского Союза имеют следующие показатели: более 86% речного стока формируется в хозяйственно слабо освоенных северных и восточных районах страны и только менее 14% его относится к территории, где сосредоточено около 85% населения и около 8С% промышленного и сельскохозяйственного производства (центральные и южные районы Европейской части страны, Урал, Северный Кавказ и Закавказье, Средняя Азия и др. районы). Здесь расположены бассейны следующих рек: Волга. Днестр, Днепр, Дон, Кубань. Урал, Терек, Кура, Амударья, Сырдарья и др. Средняя удельная водность этой территории Советскою Союза менее 3 тыс. м в год па одного человека, т. е. она примерно такова, как в социалистических странах восточной Европы, в Китае и других странах. Ограниченность водных ресурсов этой территории СССР становится еще более очевидной, если учесть, что некоторая часть их здесь не может быть использована для водообеспечения населения, промышленности и сельского хозяйства в связи с необходимостью сохранения (резервирования) относительно значительного объема речного стока для поддержания уровня и солености Каспийского и Азовского морей.
В табл. 2-2¹ приводится распределение речного стока СССР по территории союзных республик.
Таблица 2-2 включает данные по ресурсам речного стока, формирующегося в границах республик, а также с учетом транзитного стока, поступающего с соседних территорий. Данные по стоку, формирующемуся на собственной территории отдельной республики, являются несколько условными, поскольку не учитывают водные ресурсы, поступающие из других республик.
Из табл. 2-2 видно, что более 91% объема водных ресурсов страны формируется в РСФСР, на территории которой находятся бассейны крупнейших речных систем — Оби, Енисея. Лены. Амура. Волги и др. Наименьший объем речного стока формируется на территории Туркменской и Молдавской союзных республик— около 1 км³ в год.

¹ Данные по водным ресурсам подготовлены Б. Б. Леонтьевским и Н. А. Рулевым (табл. 2-2—2-7).

Таблица 2-2
Средние многолетние показатели по ресурсам речного стока союзных республик

• С учетом стока, поступающего с территория зарубежных стран (330 км).

Удельная водообеспеченность этих республик собственными водными ресурсами в 36 и 90 раз ниже средней но Союзу. Именно это обстоятельство обусловило необходимость создания в Туркмении грандиозной искусственной реки — Каракумского канала, который после полного завершения его строительства будет проходить через всю территорию республики и повысит водообеспеченность ее более чем в 10 раз. В Молдавскую ССР значительные объемы воды поступают по Днестру и Пруту. Сток первого формируется в основном на верхнем участке его, находящемся на территории Украины. Большая часть стока Прута формируется на территории Румынии. Рост безвозвратных заборов воды в бассейнах Днестра и Прута на территориях Украинской ССР и Румынии потребует выполнения серьезных водохозяйственных мероприятий по поддержанию необходимой водообеспеченности Молдавской ССР. К таким мероприятиям, в частности, относится намечаемое строительство в бассейне Днестра — Могилев-Подольского и ряда других регулирующих сток водохранилищ. В дальнейшем, по-видимому, потребуется привлечь в Молдавию сток из других бассейнов, избыточных по водным ресурсам. Низка водообеспеченность собственными водными ресурсами Украинской, Азербайджанской и Узбекской союзных республик. Сравнительно удовлетворительные показатели имеют Эстонская, Латвийская, Литовская и Белорусская союзные республики. Однако при этом необходимо иметь в виду, что цифры табл. 2-2 являются осредненными по республикам и не отражают различий в водообеспеченности отдельных районов их. Так, например, при относительно удовлетворительной средней водообеспеченности Казахской ССР обширные территории в Западном и Центральном Казахстане почти полностью лишены водных ресурсов.
Наиболее высокую водообеспеченность имеют Киргизская и Таджикская республики, территория которых охватывает горные районы бассейнов рек Сырдарьи и Амударьи, где в основном формируется их сток.
Если рассматривать модуль стока (рис. 2-1), то при среднем значении его для территории СССР 6,2 л/сек с 1 км2 наименьшие величины приходятся на пустыни Средней Азии (менее 0,1 л/сек), наибольшие — на склоны Черноморского побережья Кавказа (около 90 л/сек). Территориальное распределение модулей стока имеет в основном зональный характер. В европейской части Союза относительно повышенные значения его (8—13 л/сек) приурочены к зоне избыточного увлажнения — бассейны Печоры, Северной Двины, Камы и др. Относительно низкие величины (менее 3—4 л/сек)—к зоне недостаточного увлажнения — бассейны Нижнего Днепра, Дона, Урала. Крайне низки модули (менее 0,5 л/сек) в засушливых районах Прикаспийской низменности, Крыма, Приазовья. В азиатской части Союза относительно повышенные значения модулей стока (более 7 л/сек) —в горных районах и на севере, низкие величины (менее 2 л/сек)—в равнинных районах Казахстана.
Распределение по территории источника речного стока — осадков — кратко можно охарактеризовать следующим образом.
Минимальное количество осадков, менее 100 мм, выпадает в пустынных районах Средней Азин. Несколько больше осадков, до 150—200 мм, выпадает в Прикаспийской низменности, в Арктике, в северо-восточных районах Якутии. Годовая сумма осадков в 200—300 мм наблюдается на равнинах Казахстана, в Средней и Восточной Сибири, до 400—500 мм осадков выпадает в южных районах Украины, в предгорьях Северного Кавказа, на территории Западно-Сибирской равнины, 500—600 мм — в центральных и до 700—800 мм в западных равнинных районах европейской части Советского Союза. Наибольшее количество осадков выпадает в горных районах Средней Азии (более 1 000 мм) и западной части Кавказа (более 3 000 мм).

Рис. 2-1. Карта среднегодового стока рек СССР (л/сек с 1 км7) по К. П. Воскресенскому.

Таблица 2-3
Годовой сток основных рек СССР за характерные по водности годы

Река	Площадь водосбора, тыс. км	Объем годового стока, км
		средний многолетний	маловодных лет обеспеченностью		многоводного года обеспеченностью 1 %
			75 %	95 %
Енисей	2 619	623	575	515	796
Лена	2478	508	466	418	661
Обь	2 470	397	352	300	560
Амур	1 846	343	294	238	521
Волга	1350	251	219	182	374
Печора	327	131	121	108	168
Колыма	665	123	107	85	183
Хатанга	422	121	106	85	174
Северная Двина	360	110	94	77	167
Пясина	178	84	76	67	112
Нева	281	82	72	60	118
Амударья	227	72	62	52	104
Индигирка	362	57	52	41	82
Анадырь	200	52	44	34	85
Днепр	504	52	42	32	89
Сырдарья	136	34	29	24	62
Камчатка	56	32	30	20	42
Яна	238	32	28	22	48
Дон	422	29	21	13	63
Мезень	78	28	26	21	40
Кура	188	26	23	18	40
Неман	98	22	19	16	32
Западная Двина	88	21	18	14	33
Кубань	58	13,6	11,8	9,7	20
Терек	42	11,5	10,4	9,0	16

В засушливые и влажные годы количество осадков, выпадающих в различных районах страны, может значительно отклоняться от приведенных выше величин — часто на 30—40%. Неравномерно распределение осадков внутри года. На большей части территории СССР свыше 50—60% годовой суммы осадков выпадает в осенне-зимний период. На теплый период года в районах с недостаточно влажным и сухим климатом (что имеет большое значение для сельскохозяйственного производства) приходится менее 30—50% годовой суммы осадков. В районах Прикаспийской низменности. Западного и Центрального Казахстана, равнинных территорий Средней Азии часто в летний период в течение двух-трех месяцев не выпадают дожди.
В табл. 2-3 приводятся данные по годовому стоку основных рек Советского Союза.

Речные системы отличаются значительным колебанием водности в годовом и сезонном разрезе. В многоводные годы сток наиболее крупных рек в 1,3—1,5 раза выше среднего многолетнего значения его, в маловодные годы он примерно в таком же размере снижается по сравнению со средними величинами.

Рис. 2-2. Карта классификации рек по Б. Д. Зайкову.

Таблица 2-4 Внутригодовое распределение стока основных рек СССР

В зоне недостаточного увлажнения в засушливые годы многие реки полностью или частично пересыхают, во влажные годы сток в 3—5 раз выше средних многолетних величин. Еще более неравномерно сезонное распределение речного стока.
На большинстве рек Советского Союза основная часть стока (от 70 до 90%) проходит в весенне-летний период (рис. 2-2). Характерны в отношении внутригодового распределения стока данные табл. 2-4. Наиболее неравномерный сток имеют реки засушливых стенных районов. Так, например, более 80% годового стока реки Урал проходит в период весеннего половодья. В течение пяти летне-осенних месяцев проходит 15%, а трех зимних месяцев — только 4% годового объема стока. Крайне неравномерно в естественных условиях формирования внутригодовое распределение стока главнейших речных систем наиболее обжитой части страны — Волги, Днепра и Дона. В весенний период проходит от 63 до 75% годового объема стока этих рек. В зимнюю межень в течение трех месяцев проходит 7—11% стока. Благоприятное для развития орошаемого земледелия распределение стока в зоне с ограниченными водными ресурсами имеют реки, в питании которых участвуют высокогорный снег и ледники,—Кубань, Терек, Амударья и Сырдарья. Эти реки имеют относительно высокий сток как в весенний, так и в летний период. Сходное распределение стока имеют реки Обь, Енисей, Лена и Амур, что объясняется продолжительным весенним половодьем, значительным количеством осадков, выпадающих в летний период.
Для всех речных систем характерен низкий сток в зимник период.
Сезонные и годовые колебания не позволяют эффективно использовать в народном хозяйстве речной сток в естественном его состоянии. Поэтому возникает необходимость создавать водохранилища для регулирования водного режима рек в соответствии с требованиями водоснабжения населения и промышленности, энергетики, орошения земель, водного транспорта и т. д. Наиболее полное использование речного стока достигается при создании емких водохранилищ, позволяющих вести как сезонное, так и многолетнее регулирование его.
Важными характеристиками речного стока, оказывающими влияние на конструктивные особенности и основные параметры гидротехнических сооружений, являются экстремальные величины его — максимальные и минимальные расходы воды.
Максимальные расходы воды па крупных реках Советского Союза наблюдаются в период весеннего половодья. Они зависят от многих факторов (запасов воды в снеге, интенсивности весеннего снеготаяния и др.) и поэтому в одном и том же створе колеблются в широком диапазоне величин.
В табл. 2-5 приводятся в качестве примеров максимальные расходы воды, наблюдавшиеся на ряде наиболее значительных рек Союза. В этой же таблице для сопоставления указываются самые низкие средние месячные расходы воды, которые, как правило, имеют место в период зимней межени, когда реки питаются в основном подземными водами.
Несмотря на различную длительность наблюдений, данные табл 2-5 позволяют отметить некоторые характерные особенности. свойственные формированию экстремальных величии стока.
Прежде всего обращает на себя внимание крайне большое превышение максимальных расходов волы над минимальными, на большинстве рек первые в десятки и даже сотни раз выше последних. В то же время при естественной зарегулированности рек озерами превышение максимальных расходов воды над минимальным стоком относительно низкое. Наглядным примером являются реки Ангара и Обь, на которых максимальные расходы воды превышают минимальные — соответственно в 13 и 19 раз. На реках же степных районов с засушливым климатом это превышение исключительно велико (Урал — в 930 раз, Дои — в 170 раз). В сходном положении оказываются и речные бассейны в зоне вечной мерзлоты (Лена — в 196 раз).
Краткая характеристика речного стока, приведенная выше, дает представление о его размерах, особенностях колебаний в многолетием и сезонном разрезе и распределении по территории в естественных условиях формирования. Гидрометрическая сеть на большинстве рек в последние десятилетия фиксирует величины стока более или менее измененные, деформированные в результате хозяйственной деятельности.
Таблица 2-5
Максимальный и минимальный сток некоторых рек СССР

Хозяйственная деятельность, оказывающая влияние на речной сток, чрезвычайно разнообразна. Уже в процессе формирования стока на речном водосборе влияние на величины и режим его оказывают агролесотехнические мероприятия. Распашка речных бассейнов и лесопосадки поперек направления склонового стока способствуют задержанию влаги, большему участию ее в питании растений и переводу части стока в подземную составляющую. Агротехническим мероприятиям по повышению урожайности сельскохозяйственных культур сопутствует повышенная транспирация влаги растениями. Влияние на сток оказывает также изменение залесенности речных водосборов, развитие водных сельскохозяйственных мелиораций—орошаемого земледелия и осушения заболоченных территорий.
Все более значительное влияние на сток оказывает непрерывно растущее безвозвратное потребление воды населением и промышленностью. В последние десятилетия исключительно большим по масштабам влияния на сток явилось гидротехническое строительство. Многочисленные водохранилища внесли серьезные изменения во внутригодовое распределение стока рек, особенно таких, как Волга. Днепр, Доп. Кубань. Кура. Сырдарья и др. Одновременно дополнительные потерн воды с поверхности водохранилищ частично снизили речной сток. Уменьшился сток рек на многих участках их ниже водозаборов в водопроводные, ирригационные, судоходные и комплексные каналы, ниже водозаборных сооружений промышленных предприятий, тепловых станций и т. д.
Изучение влияния хозяйственной деятельности на речной сток имеет большое практическое значение. Успешное проектирование и эксплуатация водохозяйственных объектов возможны только при наличии достаточно точных исходных материалов, освещающих гидрологические характеристики речных бассейнов в естественных условиях формирования стока и масштабы и направленность изменений, вносимых в эти характеристики хозяйственной деятельностью.
Получение таких материалов связано с решением следующих задач:

1. восстановление естественных характеристик стока за прошлые годы (особенно за последние десятилетия) для получения необходимых многолетних данных, которыми оперирует современная гидрология;
2. оценка влияния хозяйственной деятельности человека на сток в будущем.

Сложность решения этих задач объясняется не только чрезвычайным многообразием хозяйственной деятельности, влияющей на сток, но и недостаточной изученностью масштабов изменений, вносимых в сток основными факторами, начиная с таких, как агролесотехнические мероприятия на водосборных бассейнах.
Изучение экспериментальных материалов (на стоковых площадках) и экспедиционных исследований и анализ данных гидрометрии па речных системах позволяют в самом первом приближении предполагать, что к 1980—1985 гг. годовой сток на некоторых реках южного склона европейской части Союза в результате агролесотехнических мероприятий в их бассейнах может снизиться на 5—8%.
Подводя итог рассмотрению ресурсов речного стока, необходимо подчеркнуть, что дальнейшее познание закономерностей его формирования и уточнение важнейших характеристик требуют систематического углубления исследований во всех аспектах, включая проблему влияния хозяйственной деятельности.

Водные ресурсы озер в настоящее время наиболее широко используются рыбным хозяйством и водным транспортом. Велико значение озер как регуляторов речного стока. По-видимому, в будущем вековые запасы водных ресурсов озер будут использоваться для пополнения недостатка воды в маловодные периоды, по прошествии которых озера могут пополняться избытком речного стока в многоводные годы. При необходимости водные ресурсы озер могут быть использованы и безвозвратно при запланированном снижении уровня водной поверхности или уменьшении объема озера.
Данные о вековых запасах водных ресурсов в наиболее крупных озерах СССР приводятся в табл. 2-6.
По ориентировочным подсчетам суммарные вековые запасы пресных вод в озерах оцениваются в объеме свыше 25 тыс. км³.
Таблица 2-6
Вековые запасы вод по наиболее крупным озерам СССР

При этом более 90% этого объема содержится в двух крупнейших озерах — Байкал и Иссык-Куль.

Запасы Воды в горных ледниках СССР, имеющих суммарную площадь более 20 тыс. км2. Институтом географии Академии наук СССР оцениваются в объеме 2830 км³. Более 75% этого объема воды аккумулировано ледниками Памира и Тянь-Шаня.
Основное хозяйственное значение вековых запасов водных ресурсов в ледниках — естественное регулирование речного стока. Реки с ледниковым питанием имеют благоприятный режим стока для орошаемого земледелия. В летний период, когда потребность в воде для орошения наиболее значительна, на этих реках в результате таяния высокогорных ледников проходит паводок с высокими расходами воды.
Возможности и целесообразность использования вековых запасов водных ресурсов ледников при направленном искусственном таянии их в настоящее время еще недостаточно изучены. Можно полагать, что в будущем в первую очередь «сработка» вековых запасов вод ледников найдет свое место в решении задач по многолетнему и сезонному регулированию стока рек, питающихся ледниками.

Эксплуатационные запасы пресных подземных вод по состоянию на 1 января 1968 г. приведены в табл. 2-7, составленной на основе данных Всесоюзного геологического фонда Министерства геологии СССР.
Из разведанных в СССР эксплуатационных запасов подземных вод на южные районы страны приходится примерно 70% их общего объема.

Региональная оценка прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод базируется на возможности использования естественных динамических, статических и упругих ресурсов вод. Динамические ресурсы могут быть использованы неограниченно продолжительно, поскольку являются восполняемыми. Статические и упругие ресурсы — не восполняемые. Продолжительность использования их как источника водоснабжения определяется временем сработки напора и осушения водоносного пласта. Региональная прогнозная опенка учитывает также дополнительные эксплуатационные ресурсы подземных вод, вовлекаемых в использование водозаборами в результате просачивания из других пластов, фильтрации поверхностных вод и т. д.
Прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод для территории СССР в целом с выделением союзных республик и экономических районов впервые были оценены ВСЕГИНГЕО в 1960—1965 гг.
Общая сумма прогнозных эксплуатационных ресурсов пресных и слабосолоноватых подземных вод по СССР оценивается в объеме около 220 км³, в том числе пресные подземные воды составляют около 184 км³, слабосолоноватые с минерализацией 1—3 г/л— 27 км³ и солоноватые с минерализацией 3—10 г/л — 9 км³.

Т а б л и ц а 2-7
Запасы подземных водных ресурсов

Примечание. К категориям А к В относится запасы подземных вод, детально и относительно легально изученные, с учетом данных эксплуатации и опытно-эксплуатационных откачек в первом случае к данных опытных откачек и расчетных экстраполяций во втором случае. К категориям С1 и С2 относятся запасы подземных вод менее изученные, с пробными откачками в первом случае и по аналогии с разведанными участками во втором случае. Подробнее изложено в специальной литературе [Л. 2]

Около 50% прогнозных ресурсов подземных вод относится к территории европейской части Союза и около 29% к Средней Азии и Казахстану.
В районах с ограниченным объемом водных ресурсов практическое значение имеют солоноватые и соление подземные воды, использование которых будет расти по мере развития техники опреснения.
Прогнозные эксплуатационные ресурсы солоноватых и соленых подземных вод с минерализацией от I до 35 г/л в районах с ограниченным объемом пресных вод оцениваются ориентировочно ВСЕГИПГЕО в следующих размерах: в южной части Украины—0,6—1,0 кл3, в степных районах Северного Кавказа— 1,0—1.3 км³, в южной зоне Заволжья — 0,7—1,0 км³, в южных районах Западной Сибири и Казахстана — 0,6—1,0 км³, в пустынных районах Туркмении и Узбекистана — 4,5—5,5 км³.
Целесообразность использования в народном хозяйстве солоноватых и соленых подземных вод устанавливается на основании экономического сопоставления с другими источниками водообеспечения, как например, подача пресной воды из соседних районов, магазинирование части поверхностного стока в многоводные годы и т. д.
В настоящее время использование опресненных солоноватых и соленых подземных вод получает широкое развитие в сельском хозяйстве, при суточном заборе водопотребителем до 50 м³ (полевые станы, бригады, пункты водопоя отгонного животноводства и т. д.).
Получает также развитие эксплуатация соленых и солоноватых подземных вод групповыми водозаборами для обеспечения сравнительно крупных водопотребителей.
Значительное распространение на территории СССР имеют термальные воды. По условиям залегания термальные воды приурочены к платформенным и горноскладчатым гидрогеологическим областям.
В пределах платформенных областей, представляющих собою крупные артезианские бассейны, на больших площадях распространены термальные воды пластового и трещинно-пластового типов. В складчатых областях термальные воды приурочены к зонам тектонических разломов.
Термальные подземные воды являются ценным источником тепловой энергии. Известно, что в течение продолжительного периода термальные воды используют для выработки электроэнергии в Италии, Новой Зеландии, США и Японии. Для теплоснабжения ими пользуются в Исландии, Болгарии, Венгрии и др. В Советском Союзе термальные воды также используют для выработки электроэнергии (Камчатский полуостров) и теплоснабжения (в г. Махач-Кала, ряде курортов, тепличных хозяйствах и плавательных бассейнах).

В СССР к перспективным районам месторождений термальных вод относятся Камчатка, Курильские острова, Сахалин, Западная Сибирь, юг Казахстана, равнинный Узбекистан, степной Крым, Предкавказье и Закавказье.
Прогнозные запасы термальных вод на площади указанных перспективных районов по данным ВСЕГИНГЕО достигают более 8 км³ в год. Таким образом, за счет термальных вод могут быть покрыты значительные тепловые нагрузки.
Следует указать, что термальные воды в большинстве случаев являются лечебными, а в ряде районов могут служить сырьем для получения химических элементов. Использование всех полезных свойств термальных вод увеличит их экономическую эффективность.