Вод в грунтах
Разность в 47 тыс. км3 составляют воды, которые переносятся с океана на сушу в виде водяного пара. Таким образом, в океаническое звено круговорота воды на Земле вовлечено 458 тыс. км3 воды в год.
На поверхность суши ежегодно выпадает в среднем 119 тыс. км3 атмосферных осадков. Они слагаются из воды, испарившейся с поверхности суши (72 тыс. км3), и влаги, принесенной с океана (47 тыс. км3). Таким образом, в материковом звене круговорота воды на Земле принимает участие 72 тыс. км3 в год. Важно отметить, что из 72 тыс. км3 испаряющейся ежегодно с поверхности суши воды 30 тыс. км3 (42 %) приходится на транспирацию растительным покровом.
Водообмен между сушей и океаном составляет, как уже указывалось, 47 тыс. км3 в год. Переносимая с океана влага возвращается в него с равным ей по величине материковым стоком. Материковый сток (47 тыс. км3 воды в год) слагается из поверхностного (44,7 тыс. км3 в год) и подземного, не дренируемого реками (2,2 тыс. км3 в год). Поверхностный сток, в свою очередь, включает водный сток рек, впадающих в океан (41,7 тыс. км3 в год), и ледниковый сток (3,0 тыс. км3 в год). Последний представляет собой разгрузку покровных ледников в виде откалывающихся от него айсбергов и поступление непосредственно в океан талой воды из покровных ледников. Наибольшую часть ледникового стока дает Антарктида (2,3 тыс. км3 в год).
Рассмотренная выше схема круговорота воды на земном шаре в действительности более сложна. Во-первых, перенос влаги с океана на сушу в размере 47 тыс. км3 в год практически есть результирующий влагоперенос через границу океан — суша. По данным аэрологических измерений установлено, что полный перенос влаги с океана на сушу равен 101 тыс. км3 в год. В обратном направлении — с суши на океан — переносится около 54 тыс. км3 в год. Полагают, что из этих 54 тыс. км3 воды одна часть (19 тыс. км3) — результат испарения океанической воды, выпавшей над сушей в виде осадков, а другая — 35 тыс. км3 — та же океаническая вода, прошедшая над сушей «транзитом».
Во-вторых, при исследовании гидрологических процессов на суше очень важно учитывать, что суша подразделяется на две части — области внешнего стока, откуда выпавшие атмосферные осадки так или иначе поступают в Мировой океан, и области внутреннего стока (бессточные области), не дающие стока в Мировой океан. На долю областей внешнего стока приходится 80 % площади суши, на долю областей внутреннего стока (бессточных) — 20 %.
Главный водораздел земного шара делит всю сушу на два склона: первый — со стоком рек в Атлантический и Северный Ледовитый океаны и второй — со стоком рек в Тихий и Индийский океаны. Главный водораздел проходит по Южной и Северной Америке от мыса Горн по Андам, Скалистым горам до Берингова пролива, по восточному нагорью Азии, пересекает его в широтном направлении, а затем продолжается вдоль восточной окраины Африки к ее южной оконечности. К бассейну Северного Ледовитого океана относится 15 % всей площади суши, Атлантического — 34, Тихого — 17, Индийского — 14 %.
К наиболее обширным областям внутреннего стока (бессточным областям) относятся: в Европе — водосборный бассейн Каспийского моря; в Азии — обширная Туранская низменность, включающая водосборные бассейны Аральского моря и оз. Балхаш, пустыни Алашань, Гоби, Такла-Макан, часть Аравийского полуострова и др.; в Африке — пустыни Сахара, Ливийская, Нубийская, Калахари, водосборы озер Чад, Рудольф и др.; в Северной Америке — пустыня Большого Бассейна, включая район Большого Соленого озера и др.; в Южной Америке — водосборы озер Титикака — Поопо, полупустынные плато Патагонии и др.; в Австралии — западная и центральная части материка (более 50 % всей его площади).
В областях внешнего стока ежегодно выпадает 110 тыс. км3 осадков, а испаряется 63 тыс. км3. Разница (47 тыс. км3) и составляет материковый сток в океан. В областях внутреннего стока выпадает в общей сложности 9 тыс. км3 осадков в год, и весь этот объем воды в конечном счете испаряется.
Все крупнейшие реки мира дренируют области внешнего стока. Но и в областях внутреннего стока (бессточных областях) имеются довольно крупные реки с суммарным стоком около 1 тыс. км3 в год. Среди этих рек Волга, Амударья, Сырдарья, Или. На долю Волги приходится около 1/4 стока всех рек бессточных областей. Реки в бессточных областях несут свои воды в замкнутые бессточные озера, где эти воды и испаряются.
Приведенные в табл. 3.4 данные отражают водный баланс Земли и отдельных частей гидросферы по состоянию на 70-е годы прошлого века. Очевидно, что одновременно с происходящим в настоящее время перераспределением объемов вод между объектами гидросферы должны несколько измениться и составляющие водного баланса. К сожалению, новых детальных исследований в этой области пока не проведено. По некоторым данным (Р. К. Клиге, 2000), в современных условиях ряд показателей водного баланса Земли, приведенных в табл. 3.4, немного изменился. Несколько возросли речной (на 0,5 тыс. км3/год), ледниковый (на 0,8 тыс. км3/год) и подземный (на 0,5 тыс. км3/год) стоки; увеличилось испарение с поверхности океана (на 2 тыс. км3/год) и уменьшилось испарение с поверхности суши (на 2 км3/год); осадки на поверхность океана и суши практически не изменились.
Внутриматериковый влагооборот. Осадки на любом участке суши складываются из «внешних», сконденсировавшихся из водяного пара, пришедшего извне, и «внутренних» (или местных), сконденсировавшихся из влаги, испарившейся с поверхности данного конкретного участка суши. Этот сложный многократно повторяющийся процесс называется внутриматериковым влагооборотом.
Рассмотрим его несколько подробнее. Пусть составляющие влагооборота над ограниченным участком суши за интервал времени Дt будут заданы следующими величинами (рис. 3.4). С атмосферным воздухом поступает извне влага объемом А. Величина испарения с поверхности земли равна z■ Осадки могут быть представлены как x = xA + xz, где хА — внешние осадки из водяного пара, пришедшего извне, xz — внутренние (местные) осадки. Часть осадков переходит в воды поверхностного у и подземного w стока.
Рис. 3.4. Схема внутриматерикового влагооборота
За пределы участка будет вынесен водяной пар, количество которого С включает как часть влаги, пришедшей извне, так и часть испарившейся в пределах участка. Величина С может быть выражена тремя способами:
С=А-х + z, (3.1)
C=(A-xa) + (z-xz), C=A-(y + w).
В
(3.2)
(3.3)
се три уравнения тождественны. Первое и второе тождественны, так как x = xA + xz, а первое и третье — поскольку должно выполняться уравнение водного баланса для участка суши:х = z + У+ w. (3.4)
Важной характеристикой внутриматерикового влагооборота служит отношение внешних и внутренних (местных) осадков xA/xz или отношение всех осадков к внешним осадкам х/хА. Последнюю величину называют коэффициентом влагооборота: Кт = х/хА = (хА + xz)/xA - -\+xz/xA. По О. А. Дроздову,
Km=\ + zL/{2ua), (3.5)
где z — испарение с рассматриваемого участка суши; L — длина участка; и — средняя скорость воздушного потока; а — среднее вла- госодержание воздуха на наветренной стороне участка. Из уравнения (3.5) следует, что интенсивность внутриматерикового влагооборота тем больше, чем больше размер территории и больше испарение, и тем меньше, чем больше влагосодержание приходящего извне воздуха. Для небольших по площади участков суши Кт приближается к 1. Величина Кш свидетельствует о возможностях вла- гообеспечения территории за счет местных ресурсов воды. В засушливых районах Кт меньше, в увлажненных — больше. В среднем для частей света получены следующие величины Кш: Европа — 1,42; Азия—1,62; Африка—1,42; Северная Америка — 1,54; Южная Америка — 1,68; Австралия — 1,14.
Водообмен. В пределах каждого водного объекта происходит обмен вод. Его интенсивность весьма приближенно может быть охарактеризована с помощью коэффициента условного водообмена Кв, представляющего собой отношение приходных или расходных членов уравнения водного баланса к среднему объему вод в водном объекте V В наиболее общем виде это отношение равно
X — + + ^ = ^2 + ^2 + ^ в — у ~~ V ’
где Yj — приток поверхностных вод к водному объекту; W{ — приток подземных вод к водному объекту; ^—осадки на его поверхность; Y2 — отток поверхностных вод из водного объекта; W2 — фильтрация вод из водного объекта; Z—испарение с его поверхности. Оба выражения для Кв в формуле (3.5) тождественны, так как при неизменном объеме воды в объекте приходная часть уравнения водного баланса объекта (Х+ Yx + iV{) должна быть равна расходной части (Z+Y2+W2) (см. разд. 2.2). Все характеристики, кроме V, измеряются в м3 или км3 в год, К-вм3 или км3. При вычислении Къ
для водных объектов некоторых типов в формуле (3.6) могут отсутствовать отдельные члены: например, для ледников Yx, Wx, W2 практически равны нулю, для океана У2 = О, W2~ 0.
Слово «условный» введено в понятие для интенсивности водообмена в водном объекте из-за того, что в действительности быстрой и полной замены «старых» вод «новыми» не происходит (не все части водного объекта в равной мере участвуют в обновлении вод). Поэтому коэффициент водообмена весьма приближенно (условно) характеризует действительное обновление вод.
Таким образом, коэффициент условного водообмена Ks показывает, сколько раз в году сменяются воды в водном объекте (при Кп> 1) или какая часть объема воды сменяется в течение года (при Кв < 1).
Величина, обратная коэффициенту условного водообмена, называется периодом условного водообмена или периодом условного возобновления вод:
х,= 1 /Кв. (3.7)
Величина тв характеризует время, в течение которого произойдет полная замена вод в водном объекте при принятом выше допущении; тв измеряют в годах, если Къ> 1, и в долях года (ее можно выразить в сутках), если Кв< 1. Так, например, в процессе ежегодного водообмена с атмосферой и сушей принимает участие 505 тыс. км3 океанических вод, т. е. всего 0,04 % их общего объема. Период условного возобновления вод Мирового океана составит: 1338 • 106/505 • 103 = 2650 лет. Годовой сток всех рек (41,7 тыс. км3) почти в 20 раз больше объема воды, единовременно в них находящегося (2,12 тыс. км3). Поэтому воды в реках должны возобновляться в среднем за 2120/41700 = 0,051 года, или 19 дней. Заметим, что сооружение водохранилищ на реках привело к увеличению объема воды, находящейся в речной сети, и, соответственно, к возрастанию периода условного водообмена. Аналогичные данные
о периодах условного возобновления вод для других водных объектов, по К. П. Воскресенскому, приведены в табл. 3.1.
Влияние антропогенного фактора на круговорот воды. Важная и новая задача современной гидрологии — это оценка влияния хозяйственной деятельности на процессы круговорота воды и водные ресурсы.
В минувшем столетии существенно возросли объемы безвозвратного водопотребления. Однако заметного влияния на круговорот воды в масштабах всей Земли или даже континентов и крупных регионов эти объемы воды, по-видимому, не оказали, так как изъятие воды из водных объектов должно было с неизбежностью привести к увеличению испарения и внутриматерикового влагообмена
и, следовательно, атмосферных осадков, и хотя бы частично компенсировать потери вод. Поэтому применительно к континентам, а тем более к планете в целом термин «безвозвратные потери» может использоваться лишь условно. Конечно, безвозвратное (в традиционно понимаемом смысле) водопотребление существенно влияет на водные ресурсы небольших регионов, отдельных речных бассейнов и водоемов. Так, вследствие изъятия воды на орошение существенно сократился сток многих рек Индии, уменьшился сток в устьях рек Днепра и особенно Амударьи, Сырдарьи, Терека.
Единственным антропогенным фактором, действительно оказавшим влияние на круговорот воды и приведшим к изъятию из этого круговорота некоторого объема воды, было накопление воды в водохранилищах. Создание водохранилищ, как показано в табл. 3.2, привело к уменьшению притока вод в океан и к некоторой задержке наблюдавшегося повышения его уровня.
Глобальное потепление климата, перераспределение вод между отдельными объектами гидросферы и повышение уровня Мирового океана, о чем речь шла в разд. 3.2, как полагает ряд ученых, также имеют в основном антропогенные причины.
- Isbn 978-5-06-005815-4 © фгуп «Издательство «Высшая школа», 2007
- Предисловие
- Введение
- Вода в природе и жизни человека
- Водные объекты. Понятие о гидросфере
- Гидрологический режим и гидрологические процессы
- Науки о природных водах
- Методы гидрологических исследований
- Использование природных вод и практическое значение гидрологии
- 2. В числителе приведено полное, в знаменателе — безвозвратное водопотребление.
- Глава 1 химические и физические свойства природных вод
- Вода как вещество, ее молекулярная структура и изотопный состав
- 1.2. Химические свойства воды. Вода как растворитель
- 1.3. Физические свойства воды 1.3.1. Агрегатные состояния воды и фазовые переходы
- Плотность воды
- Тепловые свойства воды
- Некоторые другие физические свойства воды
- Глава 2 физические основы гидрологических процессов
- Фундаментальные законы физики и их использование при изучении водных объектов
- Водный баланс
- Баланс содержащихся в воде веществ
- Тепловой баланс
- Основные закономерности движения природных вод
- Классификация видов движения воды
- Расход, энергия, работа и мощность водных потоков
- Силы, действующие в водных объектах
- Уравнение движения водного потока
- Вертикальная устойчивость вод
- Глава 3 круговорот воды в природе и водные ресурсы земли
- Вода на земном шаре
- Современные и ожидаемые изменения климата и гидросферы земли
- Круговорот теплоты на земном шаре и роль в нем природных вод
- Круговорот воды на земном шаре
- И водные ресурсы Земли», 1974)
- Вод в грунтах
- Круговорот содержащихся в воде веществ
- Влияние гидрологических процессов на природные условия
- Водные ресурсы земного шара, частей света и россии
- Та блица 3.6. Средние многолетние (1930—2000) водные ресурсы России*
- Глава 4 гидрология ледников
- Происхождение ледников и их распространение на земном шаре
- Типы ледников
- Образование и строение ледников
- Питание и абляция ледников, баланс льда и воды в ледниках
- Режим и движение ледников
- Роль ледников в питании и режиме рек. Практическое значение горных ледников
- Глава 5 гидрология подземных вод
- Происхождение подземных вод и их распространение на земном шаре
- Физические и водные свойства грунтов. Виды воды в порах грунтов
- Физические свойства грунтов
- Виды воды в порах грунта
- 5.2.3. Водные свойства грунтов
- Классификация подземных вод. Типы подземных вод по характеру залегания
- Воды зоны аэрации. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона
- Воды зоны насыщения. Грунтовые воды
- 5.3.5. Другие типы подземных вод
- Движение подземных вод
- Водный баланс и режим подземных вод
- Водный баланс подземных вод
- 5.5.2. Водный режим зоны аэрации
- Режим грунтовых вод
- Провинции: а — кратковременного питания, б— сезонного питания, в — круглогодичного питания (I—XII — месяцы)
- Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Роль подземных вод в питании рек.
- Практическое значение и охрана подземных вод
- Глава 6 гидрология рек
- Реки и их распространение на земном шаре
- Водосбор и бассейн реки
- По линии а — б:
- Сток; 8 — русла рек
- Морфометрические характеристики бассейна реки
- Физико-географические и геологические характеристики бассейна реки
- Река и речная сеть
- Долина и русло реки
- Продольный профиль реки
- Плес; Пр — перекат
- Питание рек
- Виды питания рек
- Классификация рек по видам питания
- Расходование воды в бассейне реки
- Водный баланс бассейна реки
- Уравнение водного баланса бассейна реки
- Структура водного баланса бассейна реки
- Водный режим рек
- Виды колебаний водности рек
- 1 Числитель — данные за 1942—1955 гг., знаменатель — за 1956—1969 гг. 2 Данные за 1941— 1967 гг. 3 Данные за 1968—1987 гг. Прочерк означает отсутствие данных.
- Фазы водного режима рек. Половодье, паводки, межень
- Расчленение гидрографа по видам питания
- Классификация рек по водному режиму
- Типы: а — дальневосточный (р. Витим, г. Бодайбо, 1937 г.); 6 — тянь-шанский (р. Терек, с. Казбеги,
- 1937 Г.) (I—XII — месяцы)
- Речной сток
- Составляющие речного стока
- Факторы и количественные характеристики стока воды
- Пространственное распределение стока воды на территории снг
- Движение воды в реках
- Распределение скоростей течения в речном потоке
- Динамика речного потока
- Закономерности трансформации паводков
- Движение речных наносов
- Происхождение, характеристики и классификация речных наносов
- Частиц, мм 1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001
- Движение влекомых наносов
- Движение взвешенных наносов
- Сток наносов
- И связи между ними (б):
- Русловые процессы
- Физические причины и типизация русловых процессов
- Микроформы речного русла и их изменения
- Мезоформы речного русла и их изменения
- Макроформы речного русла и их изменения
- Деформации продольного профиля русла
- Устойчивость речного русла
- Термический и ледовый режим рек 6.12.1. Тепловой баланс участка реки
- Ледовые явления
- Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек
- Гидрохимический режим рек
- Гидробиологические особенности рек
- Устья рек
- Факторы формирования, классификация и районирование устьев рек
- С блокирующей косой
- Особенности гидрологического режима устьевого участка реки
- Особенности гидрологического режима устьевого взморья
- Практическое значение рек. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек
- Практическое значение рек и типизация хозяйственных мероприятий, влияющих на речной сток
- Влияние на речной сток хозяйственной деятельности на поверхности речных бассейнов
- Влияние на речной сток хозяйственной деятельности, связанной с непосредственным использованием речных вод
- 2 4 6 8 1012141618202224 Часы
- 6.15.4. Гидролого-экологические последствия антропогенных изменений стока рек
- Глава 7 гидрология озер
- 7.1. Озера и их распространение на земном шаре
- Профиль берега
- Водный баланс озер
- Уравнение водного баланса озера
- Структура водного баланса озера
- Водообмен в озере
- Колебания уровня воды в озерах
- Термический и ледовый режим озер
- Тепловой баланс озер
- Термическая классификация озер
- Термический режим озер в условиях умеренного климата
- Ледовые явления на озерах
- Основные особенности гидрохимических и гидробиологических условий. Донные отложения озер
- Гидрохимические характеристики озер
- Гидробиологические характеристики озер
- Наносы и донные отложения в озерах
- Водные массы озер
- Изменения гидрологического режима каспийского и аральского морей
- Проблемы, связанные с судьбой Каспийского и Аральского морей
- Каспийское море
- Влияние озер на речной сток. Хозяйственное использование озер
- Глава 8 гидрология водохранилищ
- Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре
- Типы водохранилищ
- Основные характеристики водохранилищ
- Водный режим водохранилищ
- Термический и ледовый режим водохранилищ
- Гидрохимический и гидробиологический режим водохранилищ
- Заиление водохранилищ и переформирование их берегов
- Водные массы водохранилищ
- Влияние водохранилищ на речной сток и окружающую природную среду
- Глава 9 гидрология болот
- Происхождение болот и их распространение на земном шаре
- Типы болот
- Строение, морфология и гидрография торфяных болот
- Развитие торфяного болота
- Фазы: 7 —низинная; 2—переходная; 3— 6— верховая;
- Водный баланс и гидрологический режим болот
- Влияние болот и их осушения на речной сток. Практическое значение болот
- Глава 10 гидрология океанов и морей
- Мировой океан и его части. Классификация морей
- Происхождение, строение и рельеф дна мирового океана. Донные отложения
- Происхождение ложа океана
- Рельеф дна Мирового океана
- Донные отложения
- Водный баланс мирового океана
- Солевой состав и соленость вод океана
- Солевой состав вод океана
- Распределение солености в Мировом океане
- Термический режим мирового океана
- Тепловой баланс Мирового океана
- Распределение температуры в Мировом океане
- 2,7 3,8 5,5 4,4 2,9 2,2 Южное полушарие
- Факторы, определяющие плотность морской воды
- Распределение плотности в Мировом океане
- Морские льды
- Ледообразование в море
- Физические свойства морского льда
- Движение льдов
- 10.7.4. Ледовитость океанов и морей
- Оптические свойства морской воды
- Акустические свойства морской воды
- Волны зыби
- Деформация волн у берега
- Волны цунами
- Внутренние волны
- Приливы
- Основные элементы приливов
- Приливообразующая сила
- Статическая и динамическая теории приливов. Строение приливной волны и приливные течения
- Разложение уравнения приливной волны. Гармонические постоянные. Таблицы приливов
- Приливы в ограниченном водоеме. Сейши
- Морские течения
- 10.12.1. Силы, формирующие течения. Классификация морских течений
- Теория ветровых течений
- Течение
- Плотностные течения
- Циркуляция вод в Мировом океане
- Уровень океанов и морей
- Кратковременные колебания уровня
- Сезонные колебания уровня
- Водные массы океана
- Основы учения о водных массах
- Основы г, s-анализа водных масс
- Водные массы Мирового океана
- Взаимодействие океана и атмосферы. Океан и климат
- Ресурсы мирового океана и его экологическое состояние
- Ресурсы Мирового океана
- Литература Основная
- Богословский б. Б. И др. Общая гидрология,— ji.: Гидрометеоиздат, 1984,—356 с.
- VI Всероссийский гидрологический съезд. 28 сентября — 1 октября 2004 г. Санкт- Петербург. Тезисы докладов. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004.
- Типы рек