Ресурси прісної води

Баліна Світлана

1.Загальна характеристика запасів прісних вод.

1.1. Запаси прісних вод. Прісні води - частина гідросфери (водної оболонки Землі). На частку вод суші припадає 4% усіх планетарних запасів вод (по 2% складають підземні води і льодовики, 0,02% -поверхневі води материків: ріки, озера, болота; значна кількість води міститься в атмосфері і живих організмах). Запаси прісних вод рідких становлять усього 0,6% (ріки, прісні озера і частково підземна вода). Усі води на Землі: океанічні, поверхневі і підземні води суші - завдяки променевої енергії Сонця і силі тяжкості тісно взаємопов'язані і утворюють єдиний кругообіг в природі (рис. 1).

Рис. 1. Схема кругообігу води в природі: 1 -- випаровування з поверхні океанів, 2 - випадання опадів на поверхню океану, 3 - Випадання опадів на поверхню суші, 4 - випаровування з поверхні суші, 5 - Поверхневий/підземний стік у річки, 6 - Річковий стік в океан, 7 - підземний стік в океан або безстічних область.

1.2. Кругообіг води в природі. Випаровування з поверхні Землі відбувається повсюдно; більша частина вологи випаровується з Світового океану (займає 2/3 нашої планети). Ця волога в атмосфері перетворюється в крапельки води і кристали льоду, утворює хмари. Опади з хмар випадають частково над океаном, частково над сушею. Випали над сушею опади знову випаровуються, чи стікають у річки, або просочуються вглиб, поповнюючи запаси підземних вод. Підземні води живлять річки, а річки виносять воду у Світовий океан. Таким чином, вода, випарена з океану і опинилася на суші, знову через деякий час потрапляє в океан. Швидше за все повертаються в океан води, випали над ним у вигляді опадів, потім річкова вода. Найдовше затримується на суші вода, законсервована в льодовиках, і підземна вода глибоких водоносних горизонтів. Вважається, що вода Світового океану в результаті кругообігу води оновлюється за 3000 років (Небілий, 1993, С.223).

2. Підземні води

Підземні води - води, що заповнюють пори грунту, пухких гірських порід і тріщини твердих породах - можуть знаходитися у всіх трьох агрегатних станах: рідкому, твердому і газоподібному. Підземні води утворюються головним чином за рахунок просочування вглиб атмосферних опадів під час дощів або танення снігу і льоду. Частина підземних вод виникає в результаті конденсації водяної пари, що потрапляє в земну кору з атмосфери або виділяється з магми.

На рівнинах, складених осадовими гірськими породами, звичайно чергуються Водопроникні шари (піски, галечники, гравій) і водотривкі (глина, кристалічні сланці). На водотривких породах просочується вниз вода затримується, заповнює проміжки між частинками вищерозміщених водопроникної породи і утворює водоносний горизонт. В одній місцевості може бути кілька (до 10-15) горизонтів. Вода глибоких водоносних горизонтів в більшості випадків утворилася в період формування укладають їх осадових гірських порід.

2.1. Класифікація підземних вод за умовами залягання. За умовами залягання підземні води поділяються на грунтові, грунтові і межпластовые.

Грунтові води заповнюють частину проміжків між частинками грунту, вони можуть бути вільними (гравітаційними), переміщаються під впливом сили тяжіння, або пов'язаними, які утримують молекулярними силами.

Грунтові води утворюють водоносний горизонт на першу від поверхні водотривкому шарі. У зв'язку з неглибоким заляганням від поверхні рівень грунтових вод має значні коливання по сезонах року: він то підвищується після випадіння опадів або танення снігу, то знижується в посушливе час. У суворі зими грунтові води можуть промерзати. Ці води в більшій мірі схильні до забруднення.

У різних природних зонах глибина залягання грунтових вод різна. Вона визначається насамперед кліматичними умовами: в степових, напівпустельних і пустельних ландшафтах грунтові води залягають значно глибше, ніж у лісових і тундрових ландшафтах. Великий вплив на глибину залягання грунтових вод робить рівень розчленування території. Чим сильніше і глибше розчленування місцевості річками, балками і ярами, тим глибше знаходяться грунтові води.

Межпластовые води - нижележащие водоносні горизонти, укладені між двома водотривкими шарами (рис. 2). На відміну від грунтових, рівень межпластовых вод більш постійний і менше змінюється в часі. Межпластовые води чистіші, ніж грунтові.

Напірні межпластовые води повністю заповнюють водоносний горизонт і знаходяться під тиском. Напором володіють всі води, укладені у шарах, що залягають у увігнутих тектонічних структурах.

Артезіанські води - розкриті свердловинами, що піднімаються вгору, що виливається на поверхню або фонтануючий (рис. 3)

Джерела (джерела) - природні виходи вод (зазвичай грунтових) в річкових долинах, ярах, балках внаслідок переміщення по ухилу водоносного пласта.

Гейзери - джерела, періодично викидають гарячу воду і пар на висоту до 60 м; утворюються в основному в областях сучасного вулканізму з близьким заляганням розпеченої магми. Гейзери зустрічаються в США, СРСР (на Камчатці), в Ісландії, Новій Зеландії.

Рис. 3. Схема будови артезіанського басейну:

/- межпластовые води в пісках, 2 - водотривкі породи (глини), 3 - джерело, 4 - рівень напірних межпластовых вод, 5 - фонтануюча свердловина

2.2. Класифікація підземних вод по складу і температурі. Підземні води різні по хімічному складу і температурі. Верхні горизонти підземних вод звичайно прісні (до 1 г/л) або слабомінералізовані, глубокопогруженние горизонти нерідко значно мінералізовані (до 35 г/л і більше). За температурі вони поділяються на холодні (до 20 ° С) і термальні (від 20 до +1000 С). Термальні води зазвичай відрізняються високим вмістом різних солей, кислот, металів, радіоактивних і рідкісноземельних елементів.

2.3. Значення підземних вод. Підземні води мають велике значення в природі та господарської діяльності людини. Це найважливіший джерело живлення річок і озер, за участю підземних вод формуються карстові і зсувні форми рельєфу, вони забезпечують рослини вологою і розчиненими в них елементами живлення. При близькому заляганні до поверхні підземні води можуть викликати процеси заболочування. Вони широко використовуються людиною для господарсько-побутових, промислових і сільськогосподарських цілей. З термальних вод отримують велику кількість різних хімічних речовин (йод, глауберової сіль, борну кислоту, різні метали). Теплова енергія підземних вод витрачається для обігріву будинків, теплиць, отримання електроенергії, нарешті, підземні води застосовуються для лікування цілого ряду захворювань людини.

При безперервному тривалому надходженні глибинних флюїдів в артезіанські басейни древніх платформ утворюються великі гдрогеохіміческіе провінції з теплими і гарячими хлоридно-сульфатно-натрієвими розсолами в глибоких горизонтах (Крайнов, Швець, 1987), напр. на Руській і Сибірської платформах.

3. Річки

Ріки - природні водні потоки, що течуть у виробленому поглибленні руслі - поглиблення, зайнятому водою. У свою чергу, русло - лише частина річкової долини (лінійно-витягнутого зниження, на дні якого тече річка). Кожна річкова долина має схили і днище. У рівнинних річок днище, як правило, лише частково, а в гірських річок повністю зайнято водою.

Рівень води в річках піддається зміні протягом року. Під час надмірних і паводків ріки виходять з берегів і затоплюють всю або більшу частину днища долини.

Повінь - щорічно повторюється в один і той же час високий і тривалий підйом рівня води в річці. На рівнинних річках помірного поясу повінь буває навесні під час сніготанення. На річках, що беруть початок у високих горах, повінь літнє, і пов'язане воно з таненням снігу і льоду. На літній час - період дощів - доводиться повінь і в областях з мусонним кліматом.

Паводок - значний, але короткочасний підйом рівня води в річці. Він може спостерігатися в будь-який час року в результаті рясних дощів або швидкого танення снігу і льоду під час відлиги.

Заплава - частина дна річкової долини, що заливається водою тільки в період водопіль і паводків; вона утворюється в результаті діяльності ріки. Русло ріки, як правило, має в плані складні обриси; поряд з щодо прямолінійними ділянками (плесами) є вигини - закруту (меандри). Меандріруя, річка збільшує свої закруту (підмиває увігнутий берег і відкладає матеріал у протилежної опуклого берега (рис. 4). Поступово в результаті цих процесів днище долини розширюється і формується заплава.

На певній стадії розвитку річка може спрямити своє русло. Отчленівшаяся від річки меандру перетворюється на старицю (замкнутий водойма, довгасте, звивисте або Підковоподібне озеро). На Рис.4 показано, як поступово вигин закруту стає крутіше, перемичка в основі меандри звужується. Настає момент, коли в період повені або паводка річка руйнує перемичку і спрямляет своє русло.

Рис. 4. Розвиток меандр та освіта заплавній стариці

Кожна річка має витік і гирло. Істок-місце, де річка бере початок, від якого спостерігається постійне протягом води в руслі. Джерелом річки можуть служити озеро, болото, льодовик, джерело.

Устя - місце впадання річки в іншу річку, озеро, море або океан. Устя річок можуть бути різними; наприклад дельта або естуарій. Дельта - низинна рівнина в пониззі річки, складена річковим алювієм і прорізана мережею проток; в плані трикутна. Утворюється у тихо поточних рік, які виносять у мілководні моря велике кількість твердих опадів.

Естуарій - воронкоподібне затоплювані гирлі річки, розширюється у бік моря; якщо на гирлі річки діють припливи, хвилі або течії.

Однак не всі ріки обов'язково впадають в якійсь водоймище. У пустельних районах з-за сильного випаровування і великого забору води на зрошення та інші господарські потреби річки іноді не досягають іншої водойми і утворюють сухе гирлі (напр., Сирдар'я і Амудар'я).

Річка з притоками утворює річкову систему. Найкращі великі річкові системи світу - Амазонка, Конго, Міссісіпі з Міссурі, Обі з Іртиш. Як правило, головна річка має найбільшу довжину і відрізняється максимальним повноводий.

Живлення річки - надходження в неї води від різних джерел; може бути дощове, снігове, льодовикове і підземне. Більшість річок має змішане харчування. Співвідношення між джерелами харчування може змінюватися за сезонами року: в Республіці Комі річки взимку мають підземне харчування, навесні головним джерелом води служать талі снігові води, влітку - дощові й підземні води.

водозбірний басейн - площа, з якої річка збирає води. Вододіл - це лінія, що розділяє суміжні басейни річок. Вододіли добре виражені в горах, на рівнинах часто не помітні і трудноопределіми.

Гідрологічний режим річки - зміни рівня води в річці, її водоносність, процеси замерзання і розкриття від льоду; перш за все що залежить від клімату. Є річки на земній кулі, не замерзають і повноводні цілий рік (напр., Амазонка). У районах з добре вираженими сезонами року (в помірній зоні), режим річок найбільш складний. Взимку річки замерзають, навесні відрізняються високим і тривалим повінню, взимку і влітку сильно міліють. Межень -- найменший рівень води в річці. Режим річок залежить і геологічної будови місцевості, рельєфу, грунтового та рослинного покриву.

На особливості річок значний вплив має рельєф. У горах, де ухили земної поверхні великі, річки відзначаються великими падінням (перепадом висот між витоком і гирлом) і ухилом (відношенням падіння до довжини річки), а отже, швидкою течією. Тому у гірських річок глибокі і вузькі долини. Рівнинні річки течуть тихо і сильно меандріруют; їх долини неглибокі і широкі, з заплавою до декількох десятків км в ширину. Рельєф визначає і напрямок течії річок.

3.1. Господарське значення річок. Перш за все річки вони служать джерелом прісної води для промисловості, сільського господарства, водопостачання населених пунктів. Річки використовуються також для одержання електроенергії, як транспортні шляхи, місця лову та розведення риби, відпочинку і спорту. На багатьох річках побудовані греблі і створені водосховища - великі штучні водойми (на відміну від ставків, що поєднують в собі особливості річок і озер). В даний час в світі створено понад 15 тис. водосховищ ємністю більше 1 млн. м3 води (у шість разів більше площі Азовського моря). Будівництво водосховищ дозволяє вирішувати низку важливих завдань: створювати значні запаси води, регулювати рівень води в річках, запобігати повені, покращувати транспортні умови, а також умови для відпочинку людей і занять спортом. Однак будівництво водосховищ на рівнинних річках має ряд негативних наслідків: затоплюються великі площі родючих заплавних земель, річки нижче дамб водосховищ позбавляються необхідного заплавного режиму, навколо водосховищ на великих площах відбувається підйом рівня грунтових вод, що призводить до заболочування, порушуються умови проживання цінних промислових риб. В даний час водосховища намагаються створювати на гірських річках, де вони заподіюють менший збиток.

Крім водосховищ широко використовуються різні гідротехнічні споруди, наприклад канали. Найбільш поширені судноплавні канали - штучні русла, що зв'язують дві або декілька водних об'єктів (напр., Волго-Балтійський канал, який з'єднує річки, що впадають у Каспійське та Балтійське моря, і створює єдину воднотранспортної магістраль). Є також зрошувальні і обводнітельние канали, перекидають річкові води з районів з їх надлишком в райони недостатнього зволоження. Однак перекидання води у великих розмірах може мати і несприятливі наслідки. Тому будівництва каналів мають передувати ретельні наукові розробки, що виявляють та оцінюють можливих негативних наслідків таких перевезень.

4. Озера.

Озеро - водойма, що утворився в природному поглибленні (озерної улоговини). Озера мають різне походження, що відбивається на розмірах, формі, водному режимі озера. За походженням озера бувають тектонічні, вулканічні, мостом (або Завального), льодовикові, карстові, заплавні.

Тектонічні озера утворюються в місцях опускань і прогинів земної кори. У грабенами виникло найглибше у світі озеро Байкал (1637 м), у великій тектонічної улоговині розташоване найбільше озеро світу Каспійське. Улоговини всіх великих за розміром і глибоких озер мають тектонічна походження (найбільші африканські і північноамериканські озера, Аральське море-озеро, Балхаш та ін.)

Вулканічні озера виникли в кратерах вимерлих вулканів.

Завальний озера утворюються в горах в результаті появи гребель, перегороджують річкові долини при землетрусах, в результаті селів (грязьових потоків).

Льодовикові озера виникали в результаті еродірующей (випахівающей) або акумулятивний діяльності льодовика.

В районах розповсюдження розчинних гірських порід (вапняку, гіпсу, крейди) на місці провалів виникають карстові озера, звичайно невеликі за розмірами. Для заплав річок характерні озера-стариці.

Озера розміщені на поверхні землі нерівномірно: найбільша їх кількість у районах, де багато тектонічних і льодовикових поглиблень, і де випадає велика кількість опадів. З'явилося чимало антропогенних озер - ставків; зазвичай їх створюють там, де природних озер.

Озера харчуються за рахунок випадають атмосферних опадів, підземних вод і стікають в них поверхневих вод, насамперед річкових. Витрачається вода з озер шляхом випаровування і річкового стоку. Озера можуть бути стічними (з яких витікають річки) і безстічними.

З річковими і підземними водами в озера надходять солі. Після накопичення солей в безстічне озері вода стає солоною або гірко-солоної; набагато солоні океанічних вод. Солоні озера характерні для пустель, напівпустель і степів.

Озера використовуються людиною для водопостачання, зрошення, видобутку солі, лікувальних грязей, сапропелів (мулистих відкладень органo-мінерального походження, які застосовуються як добриво та хімічна сировина), а також в рибогосподарських, бальнеологічних і рекреаційних цілях.

5. Льодовики

Льодовики - рухливі скупчення льоду на поверхні суші - Утворюються там, де протягом року випадає більше снігу, ніж встигає розтанути. В Антарктиді і Арктиці такі умови створюються на невеликій висоті (на рівні моря або трохи вище); в тропічному поясі тільки в горах на великій висоті. Має значення і кількість що випадають твердих опадів: чим їх більше, тим нижче в горах сніг накопичується при одних і тих же температурах. Випав сніг поступово ущільнюється і перетворюється на Фірн (зернистий лід), а потім у глетчерний лід. Лід має здатність під впливом сили тяжіння переміщатися (протікає) зі швидкістю від декількох метрів до 200 м на рік.

Покривні льодовики мають значну потужність, приховують нерівності рельєфу і займають велику площу (напр., покривний льодовик Антарктиди потужністю близько 2 км, і льодовик Гренландії). Від краю цих льодовикових покривів постійно відколюються величезні брили льоду - айсберги, що сидять на мілині або вільно плаваючі.

Гірські льодовики займають вершини гір, різні поглиблення на їх схилах (кари, цирки) і долини. Гірські льодовики значно менших розмірів, ніж покривні, і більш різноманітні.

У льодовиках законсервовано велику кількість прісної води. Частково вона витрачається на харчування річок (від інтенсивності танення льодовиків залежить водоносність гірських річок). Для посушливих районів світу льодовикове харчування річок має важливе господарське значення. Нині розробляються цікаві проекти використання айсбергів для постачання прісною водою посушливих районів Австралії, Африки, Південної Америки і Аравійського півострова.

6. Болота

Болота - надмірно зволожені ділянки суші з вологолюбна рослинністю, при відмирання і розкладання якої утворюється торф. Залежно від джерел живлення болота підрозділяються на верхові і низинні.

Верхові болота живляться атмосферними опадами, бідні мінеральними солями і зазвичай розташовуються на вододілах. Рослинність цих боліт бідною за видовим складом; переважають сфагнові мохи.

низинні болота виникають у місцях виходу на поверхню або близького залягання підземних вод. Значно багатше мінеральне живлення створює умови для зростання тут різноманітної рослинності - зелених мохів, осок, злаків, а з деревних порід - вільхи і берези. У результаті накопичення торфу поверхню низинних боліт поступово підвищується. На певній стадії поверхню болота може досягти такої висоти, при якій болотна рослинність вже не може використовувати підземні води і переходить на харчування атмосферними опадами: низинне болото змінюється верховим.

Болота належить важлива роль у природі: вони зволожують повітря навколишніх територій, є місцями проживання багатьох видів тварин та зростання цінних видів рослин.

Болота використовуються людиною. На них розробляють торф, який застосовують як добриво, паливо і хімічна сировина, збирають ягоди, лікарські рослини, частина низинних боліт осушівают і перетворюють на сільськогосподарські угіддя, що відрізняються високою потенційною родючістю. Слід, однак, пам'ятати, що не всі болота підлягають осушенню, частина з них необхідно зберегти, щоб не порушити що склалися в природі взаємозв'язків.

7. Охорона прісних вод.

7.1. Вода як цінний природний ресурс. Це одна з найбільш життєзабезпечуючих природних середовищ, що склалися в процесі еволюції. Крім іншого господарського значення, головна роль запасів прісних вод -- постачати людини водою, перш за все для пиття. Чистий прісна вода - лімітуючий фактор існування людини як біологічного виду.

Вода - складова частина біосфери - має ряд аномальних властивостей, що впливають на що протікають в екосистемах фізико-хімічні та біологічні процеси. До таких властивостей відносять дуже високі і максимальні серед рідин теплоємність, теплоту плавлення і теплоту випаровування; поверхневий натяг, що розчиняють здатність і діелектричну опірність, прозорість.

Для води також характерна підвищена міграційна здатність, що має важливе значення для її взаємодії з суміжними природними середовищами. Через перерахованих властивостей, вода потенційної може накопичити дуже багато забруднюючих речовин - хімічних елементів і патогенних мікроорганізмів.

Більша частина споживаної на земній кулі води використовується в сільському господарстві (70%), потім йде промисловість і господарсько-побутові потреби. У багатьох районах світу,