Динамические водные ресурсы

Для человеческого общества наибольший интерес представляет самая динамичная часть пресных вод — речной сток (см.). Единовременный объем воды в руслах рек равен всего около 2 тыс.км³, но в процессе круговорота влаги этот объем возобновляется в течение года в среднем 23 раза, увеличивая тем самым фактические ресурсы речных вод до 46,8 тыс.км³ и обеспечивая такие уникальные их качества как способность к постоянному самоочищению и сохранению низкой минерализации. Ресурсы пресных озерных вод составляют 91 тыс.км³, однако ежегодно возобновляемая их часть равна примерно 1,0 тыс.км³ и учитывается в ресурсах речного стока. Сработка вековых запасов озер неизбежно приводит к нарушению природных закономерностей влагооборота, экологического благополучия водоемов и прилегающих территорий. Суммирование динамических подземных запасов и поверхностных вод приводит к завышению возобновляемых В.р. территории. Для континентов и крупных регионов возобновляемые В.р., а также водообеспеченность территорий и населения обычно оценивают по речному стоку, считая, что разгрузка подземных вод помимо рек в моря и океаны незначительна; так, для суши в целом она составляет менее 5% от материкового стока, т.е. находится в пределах точности оценок речного стока.

Избыточно увлажненные районы — экваториального и субэкваториального поясов, субполярного пояса и многие районы умеренного пояса; здесь сосредоточены почти все крупнейшие пресные озера и наиболее водоносные реки мира. Использование возобновляемых В.р. в виде речного стока возможно до определенных пределов по условиям сохранения речных экосистем или связанных с ними экосистем озер и внутренних морей. Из-за большой внутригодовой неравномерности речного стока его приходится регулировать путем создания водохранилищ, которые кардинально меняют экологическую обстановку не только в русле реки, но и на прилегающих территориях, и не всегда в лучшую сторону. Использование подземного стока может идти за счет сокращения стока рек в меженный период, приводить к снижению уровня грунтовых вод и снижению таким образом ресурсов почвенных вод, перестройке динамики подземных вод в гидрогеологической структуре (например, усилению фильтрации глубоких высокоминерализованных артезианских вод или загрязненных поверхностных вод в эксплуатируемые горизонты). Эти и подобные обстоятельства, связанные с сохранением источников пресных вод или экологического благополучия водных объектов и прилегающих территорий, вызвали необходимость введения такого понятия В.р., в котором содержится указание на существование некоторого предела их использования по экологическим условиям. Так было предложено (Г.П.Кумсиашвили) понятие эксплуатационные В.р. — та часть естественных В.р., которая может быть использована в хозяйственных целях рациональным в технико-экономическом отношении способом с учетом требований охраны природы. Определение эксплуатационных В.р. — сложная многомерная задача с привлечением гидрологической, гидрогеологической, водохозяйственной, гидробиологической и экологической информации. Область применения такого понятия В.р. — преимущественно при планировании водохозяйственных мероприятий в бассейнах с высоким уровнем использования вод.

Запасы пресных подземных вод, таким образом, превосходят запасы пресных поверхностных вод почти в 30 раз, однако из этих громадных запасов В.р., пригодные для эксплуатации, составляют лишь незначительную часть. Естественные, т.е. ежегодно возобновляемые ресурсы пресных подземных вод, оцениваемые по подземному стоку в реки, составляют величину 788 км³/год; основные ресурсы распространены на площади Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока — 602 км³/год, на площади европейской части России — 186 км³/год. Эксплуатационные ресурсы подземных вод, т.е. те, которые могут быть целесообразно использованы в технико-экономическом отношении, существенно меньше. Потенциальные эксплуатационные ресурсы, характеризующие максимальное количество воды, которое может быть отобрано из водоносных горизонтов (т.е. общую обеспеченность той или иной территории подземными водами) оцениваются величиной 175,1 км³/год (в т.ч. 8,0 ресурсы подземных вод с минерализацией 1—3 г/л). При этом 88,8 км³/год приходится на те ресурсы, которые формируются либо за счет подземных вод, разгружающихся в реки, либо за счет привлечения поверхностного стока. Эта часть эксплуатационных ресурсов может быть использована неограниченно долгое время; остальная часть, 86,3 км³/год, определена с учетом возможности сработки естественных емкостных запасов подземных вод в течение 50-летнего периода эксплуатации и при понижении уровня, как правило, не превышающего 100 м. По данным на 1993 г., в России разведано 3259 месторождений подземных вод, из которых 1530 введено в эксплуатацию.

Математическая модель ВХС

В монографии приведена система моделей оптимизации объединенных водохозяйственных систем (ВХС) различного уровня иерархии: прдприятий, промузлов речного бассейна и региональных ВХС. Особое внимание уделено имеющемуся опыту оптимизации водного хозяйства промышленных узлов и речных бассейнов, информационному и программному обеспечению соответствующих моделей. Подробно анализируются методы совершенствования существующей структуры управления региональных ВХС в новых условиях хозяйствования, исследуются теоретико-игровые модели экономического стимулирования природоохранной деятельности. Большинство математических моделей реализовано на примере водохозяйственных систем Уральского экономического района.
Для научных сотрудников, инженеров и проектировщиков водохозяйственных организаций, занимающихся планированием и эксплуатацией крупных ВХС.

Разработаны комплекс экономико-математических моделей для адекватного отображения различных аспектов водохозяйственной деятельности, динамическая модель сопоставления спроса и предложения на водные ресурсы. Обоснованы критерии оптимальности использования водных ресурсов. На основе концепции предельных показателей предложен методический подход к увязке рациональности и прибыльности ресурсовосстанавливающих мероприятий. Построены системы поддержки принятия решений по управлению водохозяйственными системами бассейна реки.

Создана математическая модель системы переброски воды между бассейнами Печоры и Волги. Математическая модель реализована в виде программы на алгоритмическом языке Фортран-4 ЕС ЭВМ. Рассмотрено функционирование модели в режиме, ориентированном на максимальный объем переброски воды. Показано, что данныйрежим приводит к образованию дефицитов воды. Параметры гидротехнических сооружений, принятые при расчете, обеспечивают максимальный среднемноголетний объем переброски воды 14 кубокилометров в год. Разработанная математическая модель системы переброски воды может быть использована для обоснованного назначения параметров и режима функционирования системы переброски воды между басейнами рр. Печоры и Волги, а также для определения параметров гидромелиоративных систем в бассейне р. Волги и связанных с ним бассейнами других рек. Ожидаемый эффект 10-15% от стоимости гидротехнических сооружений системы переброски воды.