VI. 2. Воды суши и деятельность человека

VI. 2.1. Основные функции вод суши в экосфере

В природе вода находится в центре большинства взаимосвязей, в том числе между другими геосферами. В обществе вода - критиче­ский фактор многих экономических, общественных и политических проблем. В обобщенном виде можно сказать, что воды суши в эко­сфере выполняют три основные функции, важные с точки зрения геоэкологии:

1) Участника, зачастую ведущего и интегрирующего, в глобаль­ных циклах вещества;

2) Индикатора состояния экосистем, в особенности бассейнов рек или озер;

3) Самого широко употребляемого природного ресурса.

Во многих случаях вода - ключевой фактор основных глобальных экологических проблем. Выше уже отмечалась исключительная роль воды как агента, переносящего растворенные, влекомые и взвешен­ные вещества. Поэтому она важнейший фактор в глобальных био­геохимических циклах углерода, азота, серы, фосфора и др. и в экзо­генной части большого геологического цикла (или цикла эрозии- седиментации). Глобальный гидрологический цикл - это один из ос­новных жизнеобеспечивающих механизмов экосферы, зависящий в то же время от изменения ее состояния.

Гидрологический цикл означает больше, чем водный цикл. Реки мира также приносят в океан около 22 млрд. тонн наносов и 3 млрд. т растворенных веществ. В пределах бассейнов происходит еще бо­лее значительное, не менее чем на порядок большее перемещение вещества, во многом благодаря водному фактору.

Многие острые геоэкологические проблемы связаны с водными проблемами. Ухудшение состояния антропогенно трансформирован­ных естественных и сельскохозяйственных систем является или следствием изменившегося водного режима (часто в результате дея­тельности человека), или, наоборот, антропогенные изменения сис­тем ведут к изменениям таких важных гидрологических характери­стик как водоудерживающая способность почв, перехват осадков растительностью, инфильтрационная способность почв и др., с соот­ветствующими изменениями гидрологического режима. Подобным образом, наводнения и засухи это больше чем избыток или дефицит воды. Их более частая повторяемость может быть результатом на­рушения состояния речной системы.

Вода отличается особенностью интегрировать процессы, проте­кающие на водосборе. При этом речь идет о процессах на любом уровне, от просачивания капель воды в почву в верхней части водо­сбора до движения мощного потока крупной реки. В целом можно сказать, что вода находится в центре большинства взаимодействий в природе, играя в ландшафте роль, сходную с ролью крови в теле че­ловека. И так же, как анализ крови дает представление о состоянии больного, так и химические и физические особенности природных вод являются объективным индикатором многих процессов, проте­кающих на водосборе.

Зональные природные процессы хорошо отражены в основных показателях гидрологического режима. Например, реки в зоне влаж­ных тропических лесов многоводны, со слоем стока около 1200 мм, с высокой долей подземного стока (около 50%), постоянно высокой температурой воды (25-27°С). Природные воды этой зоны - ультра­пресные (менее 100 мг/л растворенных веществ, и даже в отдельных случаях менее 10 мг/л), гидрокарбонатно-кремнеземного класса, с малой концентрацией взвешенных наносов (менее 50 г/л). В зоне степей, например, картина другая. В зоне степей сток невелик, слой стока порядка 50 мм в год. Водность рек резко изменяется по сезо­нам года. Сток преимущественно (на 80%) формируется водами, сте­кающими по поверхности водосбора. Воды пресные, но со значи­тельным содержанием солей (до 1000 мг /л), гидрокарбонатно- кальциевые, мутность воды значительная (до 500 мг/л). Разумеется, эти средние данные носят исключительно иллюстративный характер.

При усилении деятельности человека в бассейне реки или озера природные воды этого бассейна также соответствующим образом изменяются, что находит свое отражение в индикаторах геоэкологи­ческого состояния бассейна. Например, примерно за столетие со­держание хлоридов в воде р. Рейн на границе Германии и Голландии увеличилось приблизительно на порядок, что указывает на весьма значительное увеличение антропогенного давления в бассейне.

VI.2.2. Геоэкологические аспекты водного хозяйства

VI.2.2.1. Водные ресурсы и водообеспеченностъ ^[4]

Вода - наиболее широко используемый природный ресурс. Забор воды из всех источников мира составляет около 4000 км^[5] в год. Объ­ем других широко используемых природных ресурсов, таких как уголь или нефть, примерно на три порядка меньше. Громоздкость воды как ресурса приводит к необходимости использования его по­близости от местонахождения, или к большим трудностям и высокой стоимости передачи воды на значительные расстояния. Таким обра­зом, водные ресурсы локальны.

Передача значительных объемов воды с континента на континент и даже на большие расстояния внутри континентов по ряду причин весьма затруднительна (см. VI.2.2.3). Существуют занимательные предложения по транспортировке воды на большие расстояния. К ним относятся, например, такие предложения как буксирование айс­бергов из Антарктиды в страны Персидского залива. Технически та­кие проекты возможны, и они будут теоретически совершенство­ваться и далее. Однако стоимость кубометра такой воды была и ос­танется высокой даже по сравнению с более реальными, но также дорогими способами, например, с опреснением морской воды. Мож­но представить себе только один сценарий, оправдывающий транс­портировку айсбергов: все источники воды мира станут настолько загрязнены, что Антарктида останется единственным надежным ис­точником драгоценной питьевой воды требуемого качества. Остается надеяться, что такой сценарий не станет реальностью.

Управление водными ресурсами удобнее всего осуществлять для всего бассейна реки или озера или бассейна подземных вод. Однако политические и административные границы, как правило, не совпа­дают с водоразделами. Внутри стран это приводит к неудобной си­туации, когда водное хозяйство осуществляется по речным бассей­нам, в то время как большая часть другой экономической деятельно­сти привязана к административному делению.

На международном уровне это может приводить к конфликтам, связанным с использованием водных ресурсов. Около половины на­селения мира живет в не менее чем 220 международных речных и озерных бассейнах, причем более 25 бассейнов принадлежат четы­рем и более странам.

Наибольшие трудности в сотрудничестве между областями (штатами) или, тем более, странами, заключаются в том, что терри­тории, расположенные выше по течению реки, находятся в преиму­щественном положении, поскольку они вольно или невольно могут влиять на водные ресурсы вниз по течению, не будучи заинтересова­ны ни в количестве, ни в качестве утекающей вниз воды. При этом нижележащим территориям предопределена пассивная роль, по­скольку они не имеют естественных рычагов управления ресурсами, приходящими с верхней части бассейна. Самым ярким примером яв­ляется ситуация в бассейне Нила, где любые действия в верхнем или среднем течении, ведущие к сокращению стока реки, оказывают не­благоприятное и очень серьезное воздействие на экономику Египта, существование которого в течение всей истории и до сего дня зави­сит от режима Нила.

Подобным же образом, развитие орошения в бассейне Аральского моря привело к сокращению притока к Сырдарье и Амударье и, как следствие, к катастрофическому падению уровня Арала.

Комиссия ООН по вопросам права сформулировала принципы международного сотрудничества в области водных ресурсов. Они включают четыре межгосударственных обязательства:

1) Информировать соседние государства и консультироваться с ними, прежде чем предпринимать какие-либо действия, которые мо­гут привести к изменениям состояния разделяемых водных ресурсов.

2) Регулярно обмениваться гидрологическими данными.

3) Избегать причинения ущерба другим пользователям водных ре­сурсов.

4) Распределять воду из общего водоисточника "разумно и спра­ведливо".

Водные проблемы зачастую многокомпонентны. В процессе их использования возникают взаимосвязанные проблемы их дефицита, недостаточно приемлемого их качества, ущерба от наводнений и не­благоприятных изменений других компонентов окружающей среды. Водные ресурсы и их использование являются центральной пробле­мой развития аридных и семиаридных территорий, играя также очень важную роль во всех других, более богатых водой областях.

Стратегия решения водных проблем заключается в таком управлении бассейном, которое бы обеспечивало экономическое развитие без ухудшения водных и связанных с ними других природных ресурсов.

Абсолютный верхний предел возобновимых водных ресурсов ми­ра - это суммарное количество осадков, выпадающее на поверхность суши, что составляет около 120000 км³ в год. По-видимому, безвоз­вратный забор даже 10% этой воды на хозяйственные нужды означал бы геоэкологическую катастрофу. Следующий, более реальный пре­дел возобновимых водных ресурсов мира - это речной сток объемом примерно 40000 км³ в год. Из этого количества, устойчивый речной сток, наиболее удобный для использования, составляет 12000 км³ в год. Однако крупные реки мира в своих низовьях несут слишком много воды, больше, чем ее там возможно использовать. Поэтому, по М.И.Львовичу³, доступный устойчивый речной сток составляет при­мерно 9000 км³ в год, и это реальный объем возобновимых водных ресурсов мира, технически возможный для использования без строи­тельства плотин. По-видимому, геоэкологический предел использо­вания возобновимых водных ресурсов должен быть существенно ниже, чем 9000 км³, поскольку экосистемы суши и виды организмов, их составляющие, также нуждаются в воде.

К этому объему доступного устойчивого речного стока можно до­бавить ресурсы подземных вод, ледников и пресноводных озер. Вод­ные ресурсы этих объектов содержат как возобновимую, так и нево- зобновимую компоненты, в зависимости от интенсивности их ис­пользования: чем больше забор воды, тем больше доля используемой невозобновимой компоненты, и тем меньше становятся невоспол- няемые запасы.

Богатая подземной водой хорошего качества гидрогеологическая формация Огаллала находится в области Высоких Равнин юга США (штаты Небраска, Канзас, Арканзас, Оклахома, Техас и др.). Запасы воды в ней образовались вследствие существования некоторой не­большой разности между приходными и расходными компонентами уравнения водного баланса формации. Несмотря на небольшое еже­годное накопление воды, значительная продолжительность этого процесса привела к существенным запасам подземных вод. Большие запасы подземных вод предопределили развитие высокоэффективно­го орошаемого земледелия. В течение последних десятилетий отбор

³ Львович М.И. Вода и жизнь. М.: Мысль, 1986. 254 с.

воды на орошение за год заметно превышал ежегодную естествен­ную загрузку подземных вод. В результате уровень подземных вод упал и продолжает снижаться, затраты энергии на откачку воды из скважин увеличиваются, и стоимость производимого продукта также увеличивается. В некоторых частях этой обширной территории зем­леделие стало невыгодным, и сельское хозяйство снова стало паст- бищно-скотоводческим, как это было в XIX в.

Как мы уже видели, безвозвратное потребление воды в мире со­ставляет сейчас около 4000 куб. км в год, при возобновимых ресур­сах порядка 9000 куб. м в год. Соотношение между имеющимися ре­сурсами и потреблением выглядит на глобальном уровне пока впол­не благоприятным, но на самом деле для многих районов это далеко не так, так как средние мировые величины маскируют имеющиеся различия между районами и скрывают дефицит водных ресурсов во многих местах мира.

Одним из показателей состояния водных и связанных с ними гео­экологических проблем в той или иной стране является количество водных ресурсов на каждого жителя. Для стран с преимущественно транзитным стоком (как Египет или Судан) или для крупных стран с разнообразными региональными условиями формирования стока (как Россия или Китай) этот показатель нерепрезентативен. Однако для всей совокупности стран мира он полезен для сравнительной оценки ситуации с водными ресурсами.

Водообеспеченность изменяется от страны к стране на несколько порядков (от 328000 куб. м/чел. в год для Габона до практически ну­ля в странах Персидского залива). Уровень 500 куб. м на человека в год и менее является чрезвычайно низким, даже пороговым для на­ционального устойчивого развития. Примерно таким количеством водных ресурсов (370 куб. м/чел) располагает Израиль, являя пример весьма эффективного использования водных ресурсов, в том числе на орошение. Уровень 1000 куб. м на человека обычно принимается в качестве критического, указывающего на то, что страна находится в состоянии острого дефицита водных ресурсов.

В странах, где водное хозяйство определяет всю экономику, таких как Египет, Сирия, Пакистан, уровень водопотребления составляет 1200-2200 куб. м/чел.

В настоящее время 15 стран (из 145, по которым были данные) с населением 110 млн. чел. располагают менее чем 500 куб. м на чел. Весьма низкий уровень водных ресурсов (500-1000 куб. м на чел.) характерен еще для 12 стран с населением 120 млн. чел. Для этих 27 стран дефицит водных ресурсов определяет существование их насе­ления, это вопрос жизни и смерти и причина важнейших стратегиче­ских решений правительств. Еще 58 стран с населением 3,4 млрд. чел. живут в условиях малого количества водных ресурсов (1000- 5000 куб. м/чел.). Всего к 1990 г 85 стран с 70% населения мира стояли перед проблемами дефицита водных ресурсов (табл. 8). Это в основном развивающиеся страны, где недостаток водных ресурсов является важным, если не важнейшим, препятствием их социального и экономического развития.

Многие страны с ресурсами, превышающими 5000 куб. м /чел, вы­глядят благополучными, но на самом деле средняя цифра часто скрывает серьезные региональные различия внутри стран. Россия - характерный пример такой ситуации, где малая обеспеченность вод­ными ресурсами совпадает с наиболее населенными и экономически развитыми территориями, такими как центр и юг Европейской Рос­сии и Уральский промышленный регион.

Таблица 8. Число стран, различающихся по количеству водных ре­сурсов на душу населения, куб. м за год, в 1990 и 2025 гг. Количество водных ресур­сов, куб. м /чел. за год Число стран этой категории в 1990 г. Ожидаемое число стран этой категории в 2025 г. Крайне малое (<500)     Очень малое (500-1000)     Малое (1000-5000)     Среднее(5000-10000)     Высокое (>10000)

 

Другой показатель степени напряженности с обеспечением вод­ными ресурсами - это доля используемой воды по отношению к имеющимся ресурсам. Распределение этого показателя по странам мира показано на рис. 14.

Поскольку численность населения мира будет увеличиваться, а объем имеющихся водных ресурсов останется постоянным, ситуация дефицита водных ресурсов будет и далее ухудшаться, вызывая даль­нейшее углубление противоречий, связанных с использованием вод­ных ресурсов, как на международном, так и на национальном уров-

нях. Предстоящее изменение климата во многих случаях еще усилит конфликтные ситуации.

К 2025 г. уже 1,4 млрд. чел. в 45 странах мира будут располагать менее чем 1000 куб. м на чел. за год. Около трех четвертых населе­ния мира приблизительно в 100 странах будет жить в условиях де­фицита воды, или, иными словами, под угрозой экологической, эко­номической и политической неустойчивости. Если существующие в настоящее время способы ведения хозяйства не изменятся, будет продолжаться и ухудшение качества воды, что еще более осложнит ситуацию. Можно ожидать, что количество и глубина конфликтов, связанных с водными проблемами, еще более возрастут.

VI.2.2.2. Регулирование речного стока

Когда на какой-либо территории потребность в воде начинает пре­восходить величину устойчивого речного стока, и другие источники водных ресурсов (в первую очередь, подземные воды) отсутствуют или почему-либо не могут быть использованы, возникает необходи­мость в регулировании речного стока, то есть в строительстве пло­тин и, соответственно, создании водохранилищ. Создание плотин и водохранилищ - важнейший способ увеличения объема возобнови­мых водных ресурсов.

Первые плотины появились в мире еще 4-4,5 тыс. лет тому назад. В XX в. темпы создания плотин сильно увеличились, в особенности начиная с 1950-х гг. В настоящее время в мире существует около миллиона созданных человеком водохранилищ разного размера, от сравнимых с крупными естественными озерами до небольших пру­дов. Их общий объем превышает 6000 куб. км и полезный объем - 3000 куб. км. Насчитывается около 30.000 крупных водохранилищ с объемом более 1 млн. куб. м. Наиболее крупные водохранилища (не считая подпруженных озер) это Братское на Ангаре (169 куб. км), Кариба на Замбези (160 куб. км), Насер на Ниле (157 куб. км), Воль­та на Вольте (148 куб. км). Общая площадь поверхности водохрани­лищ, включая подпруженные озера, составляет около 600000 кв. км.

При суммарном полезном объеме равном 3000 куб. км водохрани­лища увеличивают устойчивый сток, то есть возобновимые ресурсы, пригодные к использованию, на 25 %. С другой стороны, средняя мировая продолжительность водообмена в речных системах увели­чилась с 20 до 100 суток, что указывает на ухудшение их экологиче­ского состояния. В частности, заметно снизилась естественная само­очищающая способность рек, связанная с постоянным поглощением кислорода из воздуха речной водой, текущей в турбулентном режи­ме. Растворенный в воде кислород расходуется на окисление перено­симых водой органических загрязняющих веществ.

В России и других странах бывшего СССР имеется более 4000 крупных водохранилищ с объемом, превышающим 1 млн. куб. м, причем 98% общего объема находится в 250 крупнейших водохра­нилищах с объемом каждого более 100 млн. куб м. Всего зарегули­ровано около 1200 куб. км воды, или около 25 % речного стока.

Водохранилища, в том числе крупнейшие, располагаются в России преимущественно на равнине. Это означает, что потери земли, при­чем самой ценной для сельского хозяйства, на поймах и террасах рек, в особенности велики. Помимо потери сельскохозяйственных земель, водохранилища в России принесли с собой ряд других про­блем. Среди них такие как переселение людей и нарушение сложив­шихся традиций ведения хозяйства, ухудшение качества воды, неус­тойчивый, и потому неблагоприятный гидрологический режим в нижнем бьефе плотин, перехват стока биогенных элементов (фосфора и азота) и, соответственно, снижение биологической про­дуктивности морей, подъем уровня грунтовых вод с сопутствующи­ми изменениями продуктивности природных и антропогенных ландшафтов, ухудшение условий для рыбного хозяйства и др.

С другой, положительной стороны, гидроэлектрические станции не загрязняют окружающую среду. Они играют также важную роль в энергетических системах. В особенности важно их свойство практи­чески мгновенно реагировать на изменения спроса на энергию: ве­черние и утренние пиковые нагрузки в энергосистемах, связанные с повседневной жизнью людей, наиболее эффективно покрываются гидроэлектростанциями. Развитие орошения во многих районах мира невозможно без создания водохранилищ. Водохранилища на круп­ных реках улучшают также условия навигации.

В экономически развитых районах мира плотины задерживают за­грязняющие вещества, переносимые рекой, переводя их в донные отложения. В частности, по К.К.Эдельштейну, каскад водохранилищ Волги и ее бассейна эффективно выполняет эту важную геоэкологи­ческую задачу.

Плотины с сопутствующими сооружениями (водохранилищами, ирригационными системами, гидроэлектростанциями, шлюзами и пр.) составляют важную часть стратегии развивающихся стран. В тропических условиях регулирование стока приносит дополнитель­ные проблемы по сравнению со странами с умеренным климатом, поскольку режим водохранилищ и их воздействие на окружающую среду в сильной степени зависят от природных условий. Как только в тропическом районе возникает новое водохранилище, уровень забо­леваний и смертности резко повышается: качество воды в водохра­нилище обычно хуже, вследствие замедленного водообмена, увели­чения водной биомассы и пр. по сравнению с речной водой, что при­водит к значительному росту заболеваний. Переносчики многих бо­лезней, таких как малярия или шистосоматоз, находят для себя луч­шие, чем раньше, условия существования, что приводит к резкому увеличению заболеваний.

В последние годы начали возникать водохранилища в зоне влаж­ных экваториальных лесов, где дополнительно к уже перечисленным возникают новые геоэкологические проблемы. Первое крупное во­дохранилище в этой зоне это Тукуруи в Бразилии с ГЭС мощностью 8 млн квт. Водная растительность прекрасно развивается в условиях постоянного высокого притока тепла до такой степени, что на водо­хранилище поверхности воды практически не видно. Последующее разложение отмирающей водной биомассы поглощает из воды весь растворенный там кислород и приводит в конце концов к анаэроб­ному разложению оставшейся биомассы с выделением весьма ядови­того сероводорода. Заметно возросло также число случаев заболева­ний одним из видов энцефалита со смертельным исходом. Подобные условия существуют также в Суринаме, где на относительно не­большом водохранилище Брокопондо запах сероводорода столь си­лен, что операторы на ГЭС вынуждены работать в противогазах.

В ряде случаев, в особенности в развивающихся странах, интересы местного приречного населения не учитываются при планировании развития водного хозяйства. Один из американских исследователей пишет, что большие плотины в Африке это классический пример то­го, как городские жители проектируют плотины с главной целью производить энергию почти исключительно для городской же про­мышленности. Обследование пяти небольших водохранилищ в Ке­нии и Зимбабве показало, что местное население не получает ника­ких выгод от вновь появившихся водоемов, таких как качественное водоснабжение, канализация, электричество или увеличение продук­тов питания.

В научной литературе, и в особенности в средствах массовой ин­формации мира, публикуется много заявлений с оценкой (зачастую голословной) эффективности тех или иных осуществленных проек­тов гидротехнических сооружений, как правило, с отрицательными выводами. Однако, строгих научных оценок пока почти не сделано. В особенности сложно оценить экономический эффект больших плотин и водохранилищ, не говоря уже об интегрированном эколого- экономическом эффекте. Можно сказать, что водохранилища выпол­няют свою задачу, увеличивая водные ресурсы. С другой стороны, они приносят много неблагоприятных последствий. Поэтому проек­тирование нового водохранилища, в особенности крупного, это все­гда поиск оптимального решения, в котором сумма выгод в конеч­ном итоге должна превышать сумму потерь, и в каждом случае это решение должно быть индивидуальным.

В случае СССР и современной России затруднительно сказать, ка­ков же итоговый эффект наших плотин и водохранилищ, в основном расположенных на равнине, поскольку имеются как значительные плюсы, так и минусы. Развитие водного хозяйства в СССР и России шло по экологически неустойчивому пути. Вероятно, если бы строи­тельство каскадов водохранилищ на равнинных реках России произ­водилось сейчас, то высота плотин была бы ниже и, соответственно, площадь затапливаемых земель меньше, и неблагоприятные геоэко­логические последствия были бы значительно сокращены по сравне­нию с тем, что мы имеем.

Многие отрицательные последствия строительства плотин и водо­хранилищ являются серьезным аргументом против их дальнейшего развития. Однако необходимо помнить, что водохранилища - важ­нейшее средство увеличения объема возобновимых водных ресур­сов. В процессе принятия решения о строительстве новой плотины необходимо тщательно взвесить все "за" и "против", причем универ­сальной методики оценки не существует, и потому к анализу необ­ходимо привлекать не только необходимые инженерные, экологиче­ские и пр. знания, но и изрядную долю воображения и здравого смысла. Окончательное решение это всегда компромисс между ин­женерными, экономическими и экологическими целями проекта. Всеобъемлющая экспертиза крупного гидротехнического проекта - дорогостоящее занятие, но сами проекты намного дороже, рассчита­ны не менее чем на сто лет, и последствия неправильного решения могут оказаться глубокими и долговременными. Мы уже имеем много примеров этого из практики нашего российского водного хозяйства.

В настоящее время имеются примеры переоценки эффективности некоторых гидротехнических схем, осуществленных в предшест­вующие десятилетия. Например, по Проекту бассейна р. Теннесси в США (Tennessee Valley Authority) в 1930-х гг. было построено около 20 плотин с водохранилищами. Предполагалось, что эта схема обес­печит дешевую энергию, улучшит условия судоходства и защиту от наводнений, и в целом создаст основу для успешного экономическо­го развития. Проект обычно считался хорошим примером успешного решения проблем регионального развития. Более глубокий анализ показал, что осуществленный проект не принес ожидаемого матери­ального благополучия в этот регион.

Глубокий анализ геоэкологических последствий сооружения Асу­анской плотины на Ниле в Египте выполнен иностранным членом РАН Г.Уайтом (США), который не пришел к однозначной оценке последствий. Вследствие летних (июнь-сентябрь) дождей в бассейне Нила, ежегодно формируется половодье, всегда игравшее благо­творную роль в становлении и развитии Египта и его цивилизации. Половодье орошало поля и приносило на них плодородный ил. В на­стоящее время ил задерживается плотиной, и плодородие почв должно поддерживаться посредством применения минеральных удобрений. Нильская вода аккумулируется в водохранилище, кото­рое регулирует объем доступных водных ресурсов с последующим их использованием для орошения и производства электроэнергии. В конце 1970-х гг. Асуанское водохранилище удержало несколько весьма высоких и потому очень опасных половодий. Наоборот, в се­редине 1980-х гг. было семь лет подряд, когда объем половодья Нила был намного ниже среднего. При этом в каждый маловодный год дефицит воды, необходимой для орошения полей Египта, пополнял­ся из Асуанского водохранилища. Таким образом, водохранилище предотвратило крупнейшую катастрофу. Страна была буквально спасена от голода, экономических трудностей и политической неста­бильности.

Строительство крупных и сверхкрупных гидротехнических сис­тем, включая водохранилища, по-видимому, достигло пика в третьей четверти XX в. В настоящее время видна тенденция к его снижению. В то же время, среди осуществляемых проектов - строительство крупнейшей в мире ГЭС и водохранилища в месте, называемом Три Ущелья на р. Янцзыцзян в Китае и осуществление огромного Юго- Восточного Анатолийского проекта интегрированного развития, включающего комплекс из 22 плотин, 19 ГЭС и оросительных сис­тем площадью 1,7 млн. га в верхней части бассейнов рек Евфрат и Тигр в Турции.

Причины, по которым сооружение водохранилищ в мире замедли­лось, разнообразны. Во многих развитых странах все приемлемые для строительства плотин места уже использованы, а оставшиеся не подходят по экономическим или политическим соображениям. Это верно и для Европейской части России и Урала. В США за послед­ние два десятилетия не построено ни одного крупного водохранили­ща. Руководство Бюро мелиораций США, осуществлявшего основ­ную часть строительства плотин и водохранилищ, в 1995 г. приняло решение прекратить их дальнейшее сооружение, поскольку приори­теты американского общества изменились, и плотины с водохрани­лищами более не рассматриваются в качестве приоритетных.

Среди причин замедления темпов строительства водохранилищ в мире - высокая стоимость строительства и переселения жителей из зоны затопления, большие потери земельных ресурсов высокого ка­чества, серьезные и плохо предсказуемые геоэкологические послед­ствия, глубокие изменения гидрологического режима в верхнем и нижнем бьефах плотин, нарушение установившегося уклада жизни и хозяйства, несовместимость интересов различных социальных групп населения, которые могли быть затронуты в результате строительства.

VI. 2.2.3. Переброски речного стока

На определенной стадии развития водного хозяйства некоторой территории, когда не только устойчивая часть речного стока и дос­тупная часть ресурсов подземных вод, но и дополнительный ресурс, получаемый вследствие регулирования стока приближаются к эко­номически и экологически рациональному пределу, возникает инте­рес к осуществлению проектов передачи ("переброски") части реч­ного стока из водообеспеченного в вододефицитный регион.

Масштабы крупнейших перебросок в мире выросли на порядок, от 0,5-1 куб. км в год (15-30 м³/с) в начале этого века до примерно 10 км³ в год (более 300 м³/с). Примеры перебросок воды есть во многих странах. В бывшем СССР крупнейшим сооружением является Кара­кумский канал, забирающий из Аму-Дарьи в западном направлении не менее 10 км³ воды в год, используемой главным образом на оро­шение. В Калифорнии (США) перераспределяется между речными бассейнами около 30 км³ в год. В различных странах (бывший СССР, США, Канада, Индия, Китай, ЮАР, Мексика и др.) предлагались но­вые проекты следующего порядка величины, но возможность их осуществления, по крайней мере, в ближайшем будущем вряд ли достижима.

В США в 1960-х гг. растущая потребность в водных ресурсах, главным образом для ирригации, заставила проектировщиков разра­ботать впечатляющие схемы перераспределения водных ресурсов в масштабах всего континента. Вода должна была быть забрана из от­носительно водообильного северо-запада США и Канады и достав­лена на юго-запад и юг США, и даже в Мексику, по очень сложной (и, без сомнения, дорогой) сети каналов, водохранилищ, насосных станций, ГЭС и пр. Позднее, в 1970-х гг., более скромные, но все же крупные схемы перебросок воды предназначались в США для реше­ния различных региональных проблем дефицита водных ресурсов. Например, проводились детальные исследования стратегии попол­нения запасов подземных вод формации Огаллала на Высоких Рав­нинах США (см. VI.2.2.1). В Калифорнии изыскивались дополни­тельные источники воды за пределами штата. Сейчас, в конце XX века, можно констатировать, что ни один из этих проектов не был реализован. Эта ситуация отражает неодобрительную позицию аме­риканского общества по отношению ко всем новым крупным гидро­техническим проектам, включая проекты перебросок. Главные же факторы отказа от проектов перебросок воды в США были сле­дующие:

(а) Ирригация должна была стать главным потребителем воды. Однако стоимость перебрасываемой воды была бы на порядок доро­же воды, уже используемой для орошения. Локальные дефициты водных ресурсов заставляли фермеров более экономно использовать уже имеющуюся воду, играя роль эффективных регуляторов спроса. Помимо этого, в США существует избыток сельскохозяйственных продуктов как для внутреннего, так и для внешнего рынка, и в даль­нейшем развитии ирригации уже нет нужды.

(б) Геоэкологические последствия сверхкрупных проектов пере­бросок воды многочисленны и комплексны. Даже сейчас, когда наше понимание проблем геоэкологии намного лучше того, что было 20- 30 лет тому назад, последствия неопределенны, плохо предсказуемы и не сравнимы, то есть, например, не могут быть представлены в де­нежном выражении.

(в) Юридические и политические вопросы крупномасштабных международных перебросок воды необычайно сложны. Обществен­ное мнение в Канаде настолько против перебросок воды южному со­седу, что парламент страны принял специальный закон, запрещаю­щий это делать. Не легче и передача водных ресурсов из штата в штат, не говоря уже о перебросках сквозь несколько штатов.

Эти трудности в осуществлении крупномасштабных перебросок воды очевидно справедливы и для других стран, хотя они могут при­нимать различные формы в зависимости от национальных особенно­стей, что подтверждается примером бывшего Советского Союза.

В СССР 20-25 лет тому назад существовали грандиозные проекты перебросок речного стока. В стране шло исследование и проектиро­вание перебросок значительной части воды из Иртыша, Оби, Сев. Двины и других северных и сибирских рек на юг, в основном в бас­сейны Аральского и Каспийского морей. В проработках проблемы участвовали более ста научно-исследовательских и проектных ин­ститутов по всему, очень широкому кругу вопросов.

Исследования проблемы были обоснованными, потому что на южном "макросклоне" СССР проживало 75% населения страны, рас­полагавшего всего лишь 16 % водных ресурсов, и дефицит воды в ряде мест уже был весьма серьезным. Ситуация осложнялась усили­вающимся загрязнением водных ресурсов и падением уровня воды всех основных бессточных водоемов (Каспия, Арала, Балхаша и др.).

Вместе с тем работы по проектированию новых схем в недоста­точной степени учитывали необходимость кардинального повыше­ния эффективности использования водных ресурсов во всех отраслях водного хозяйства, в особенности в орошении. К тому времени в стране накопилось много примеров того, что дорогостоящие соору­жения не приносили ожидаемой экономической выгоды, но вызыва­ли серьезные и многочисленные геоэкологические последствия, та­кие как засоление и заболачивание почв, ухудшение качества воды, деградация экосистем и пр. Эти уроки не были учтены, потому что основной стратегией водного хозяйства было увеличение доступных водных ресурсов без должного роста эффективности их использова­ния и при пренебрежении геоэкологическими и экономическими факторами.

Во второй половине 1980-х гг. политический климат в стране на­чал изменяться. Экологическое движение стало одной из первых возможных форм массового протеста против тоталитарного полити­ческого режима в стране. Одним из первых объектов критики режи­ма стали дорогостоящие, неэффективные и экологически неблаго­приятные гидромелиоративные сооружения и проекты, то есть вы­двигались соображения, подобные приведенным выше для США. В конце концов руководство страны того времени приняло решение остановить все работы по переброскам, включая научные иссле­дования.

Последнее десятилетие XX века почти не принесло новых проек­тов перебросок воды. Главные причины уже обсуждались: высокая стоимость проектов и, следовательно, получаемой воды, высокая степень неопределенности в оценке геоэкологических последствий и общая тенденция к повышению эффективности использования уже имеющихся водных ресурсов. Кроме того, теоретически может су­ществовать некий предел размеров перебросок воды (и вообще гид­ротехнических схем), при котором неопределенность экологических и других последствий начинает превышать экономическую эффек­тивность проекта, так что его осуществление становится неоправ­данно рискованным и потому нецелесообразным.

Вероятно, в будущем негативное отношение к крупномасштабным переброскам воды может измениться и в нашей стране, и в мире. В России более 80 % населения живут в бассейнах Каспийского и Азовского морей. Дефицит водных ресурсов в этих бассейнах уже сейчас весьма значителен, в то время как их собственные ресурсы составляют менее 8 % от общероссийских. Несомненно, что острота водных проблем в наиболее населенной и экономически развитой части страны будет только возрастать, и может стать критической. Тогда, после того как будут исчерпаны возможности значительного повышения эффективности использования воды и резкого сокраще­ния ее загрязнения, вопрос о перебросках снова станет на повестку дня, хотя это и не значит, что он будет решен положительно, так как экологические соображения могут оказаться более весомыми.

Особым типом перебросок воды являются системы управления водными ресурсами значительной территории. Например, в Кали­форнии действует система управления водными ресурсами на уровне штата, главным образом для орошения и водоснабжения крупных городов. Значительная часть водных ресурсов, формирующихся на севере Калифорнии, передается на юг, для орошения основных зе­мельных массивов штата, лежащих в продольной депрессии долин двух основных рек, Сакраменто и Сан-Хоакин. Далее часть воды пе­редается на юг штата для водоснабжения мегаполиса Лос-Анджелеса и орошения. Другая часть воды поступает в южную Калифорнию из р. Колорадо. Всего в штате перераспределяется около 30 куб. км во­ды в год.

Выше мы уже обсуждали вопрос о том, что сложные природно- хозяйственные системы всегда влекут за собой как положительные, так и отрицательные последствия, и что абсолютно приемлемых ре­шений не бывает, а могут быть только оптимальные решения, при­нимаемые в результате компромисса. В случае Калифорнии, высоко­классные инженерные решения привели к серьезным экологическим проблемам, таким как засоление почв, рост объемов возвратных вод, сильно загрязненные вследствие орошения, деградация объединен­ной дельты рек Сакраменто и Сан-Хоакин со снижением ее биологи­ческой продуктивности и др.

Основу проекта Сардар Саровар в аридной северо-западной Индии также составляет региональное управление водными ресурсами. Предполагается забрать воду из р. Нармада и распределить ее в ос­новном для орошения и водоснабжения. Всего планируется заново оросить 1,8 млн. га и обеспечить питьевой водой 30 млн. чел. В на­стоящее время жители 3800 населенных пунктов пьют солоноватую или содержащую фтор воду. Проект состоит, в свою очередь, из 30 крупных проектов, 135 средних по размеру и 3000 малых. Подача воды началась в 1997 г. Проект планируется завершить к 2010 г. Он предполагает коренным образом изменить условия жизни населения этого засушливого района. Следует сказать, что проект вызывает сильное сопротивление со стороны экологических групп, подчерки­вающих, что неблагоприятные экологические последствия проекта превзойдут ожидаемые выгоды.

VI. 2.2.4. Управление водопотреблением и водохозяйственный баланс

Эффективное водное хозяйство - это умение уравновесить име­ющиеся водные ресурсы территории и спрос на них, не допуская при этом ухудшения качества окружающей среды. Иными словами, это искусство соблюдать водохозяйственный баланс. Имеются два принципиально различных пути его достижения:

(а) Можно увеличивать подачу воды, то есть увеличивать доступ­ный объем возобновимых ресурсов посредством, например, соору­жения плотин, перебросок воды из другого бассейна, опреснения со­леных вод и пр. Иными словами, таким путем можно увеличивать предложение (по-английски, supply). Возможно также отбирать не- возобновимые ресурсы из запасов, аккумулированных в подземных водах, озерах, ледниках, но это путь, противоречащий принципам устойчивого развития, и на такие действия можно идти, только ясно осознавая последствия.

(б) Можно также более экономно использовать имеющиеся ресур­сы, без их увеличения, то есть снижать спрос на воду (по-английски, demand).

Как правило, при традиционном водном хозяйстве потребность в воде постоянно возрастает, и баланс достигается системой мер, обеспечивающих увеличение подачи воды. Такие меры и возникаю­щие при этом проблемы обсуждались в предшествующих двух раз­делах. Но баланс между спросом и предложением может быть дос­тигнут также посредством регулирования спроса на воду. Здесь ог­ромное поле деятельности, потому что водные ресурсы используют­ся неэффективно практически во всех странах и во всех отраслях водного хозяйства. Кроме того, снижение водопотребления вызывает меньший ущерб окружающей среде. И, наконец, регулирование спроса это единственный путь замкнуть водный баланс, когда все ресурсы уже использованы и подача воды уже не может быть увели­чена.

Главным пользователем воды в мире является ирригация, расхо­дующая около 65% всей забираемой воды. В аридных районах этот показатель намного выше, достигая 98% в случае Египта. Как прави­ло, эффективность орошения очень низкая. Средние цифры, приво­димые в литературе, показывают, что только половина или даже чет­верть забираемой на орошение воды в конечном итоге достигает по­ливаемого растения на поле. Необходимо, правда, иметь в виду, что часть неиспользуемой воды пополняет запасы подземных вод или возвращается в водоисточник в виде так называемых возвратных вод. Повышение эффективности орошения может принести не меньший результат, чем строительство нового водохранилища. При этом стоимость таких мер будет ниже затрат на увеличение подачи воды, а неблагоприятные геоэкологические последствия будут несо­мненно меньше. Более детально вопросы орошения будут обсуждать­ся в разделе, посвященном геоэкологическим вопросам сельского хозяйства.

Доля промышленности в водопотреблении мира составляет около 25 %. В странах с достаточным увлажнением, где интенсивное оро­шение не требуется, эта доля весьма высока. Например, для Англии, Германии и Франции она находится в пределах 71-87 % от суммар­ного водопотребления. Количество потребляемой воды на единицу производимого промышленного продукта изменяется для одинако­вых товаров более чем в 10 раз, в зависимости от типа применяемой технологии. Поэтому снижение спроса на воду в этом секторе водно­го хозяйства вполне реально. Мы уже говорили о возможности по­вышения эффективности использования ресурсов в 10 раз. Это отно­сится и к снижению водопотребления в промышленности.

Основная стратегия снижения водопотребления в промышленно­сти - увеличение степени оборачиваемости воды в производствен­ном цикле. Например, в США, по данным 1988 г., однажды забран­ная вода использовалась в среднем 3,4 раза, прежде чем она выводи­лась из производственного цикла, а к 2000 г. ожидалось увеличение этого показателя до 17 раз, да еще при снижении общего объема ис­пользуемой воды! Заметим, что в конечном итоге, после многих цик­лов использования в технологическом процессе, остается чрезвы­чайно загрязненная вода, и вопрос, что с ней делать, далеко не три­виален и не имеет однозначного ответа.

Городское население потребляет не более 10 % всего объема заби­раемой воды, но это очень дорогая вода, потому что строительство и эксплуатация весьма сложных систем водоснабжения обходится весьма дорого. Несмотря на это, типичная величина потерь воды в городских сетях составляет 50 %. В крупных городах развивающих­ся стран потери воды составляют: Манила (Филиппины) - 55-65%, Джакарта (Индонезия) - 50%, Мехико (Мексика) - 50%, Каир (Египет) - 47%, Бангкок (Таиланд) - 32%.

В городах развитых стран ситуация в целом многим не лучше, в особенности в тех городах, где водопроводные сети закладывались еще в прошлом веке. Всемирный Банк считает, что если потери в го­родских сетях превышают 25 %, то снижение потерь экономически более целесообразно, чем строительство дополнительных систем во­доснабжения.

К потерям в сетях необходимо добавить потери из подтекающих кранов, туалетов и пр. Действия в этом направлении не очень попу­лярны среди тех, кто управляет городским водным хозяйством, по­тому что это невидная работа, требующая постоянного внимания, дополнительных финансовых затрат и довольно высокой квалифика­ции и дисциплины рабочих.

Значительной экономии воды в домашнем хозяйстве, до 50—70%, можно также добиться, применяя более эффективные краны, насадки в душе, смывные устройства унитазов и пр., при том же конечном результате, то есть, например, столь же эффективном и приятном принятии душа. Использовать меньше воды в коммунальном хозяй­стве совсем не означает быть более грязным. Численность населения древнего Рима была более миллиона человек. Городская система во­доснабжения подавала около 1000 л воды на человека в сутки. Со­временные римляне используют меньше половины этого количества, но, по всей вероятности, уровень их личной гигиены не ниже, чем у их предков.

Таким образом, успешное водное хозяйство - это поддержание баланса между спросом и предложением, без ухудшения (по крайней мере) геоэкологического состояния территории. Необходимо сбалан­сировать также различные, часто конфликтные интересы и задачи различных общественных групп и секторов экономики. Например, для бассейна Волги труднейшая и ежегодно возникающая проблема заключается в нахождении оптимального режима работы каскада водохранилищ таким образом, чтобы были соблюдены интересы различных секторов экономики (гидроэнергетики, судоходства, рыб­ного хозяйства, орошения и пр.), при условии соблюдения установ­ленной заранее приоритетности этих секторов. Неудивительно, что зачастую наилучшее, устраивающее всех решение не может быть достигнуто, и стороны должны идти на компромисс таким образом, что улучшение состояния по одному из критериев достигается за счет ухудшения другой альтернативы.

Водное хозяйство региона (бассейна) должно базироваться на многокритериальной и междисциплинарной основе. Необходимо комбинировать инженерные, экономические, экологические, юриди­ческие, социальные, политические действия, потому что ни одно из них, взятое в отдельности, не может обеспечить эффективные и дол­говременные решения водных проблем.

Экономика использования водных ресурсов требует большего внимания. Пока что вода во всем мире имеет низкую цену, а то и во­все бесплатна, что ведет к неэффективному использованию водных ресурсов и, как следствие, к серьезным экологическим проблемам. Это делает водное хозяйство уязвимым, или, иными словами, эколо­гически и экономически неустойчивым. Подсчитано, например, что потребление воды тепловыми электростанциями США уменьшится в 50 раз, если цена на воду увеличится в 5 раз.

Строго говоря, все затраты, связанные с водным хозяйством, та­кие как стоимость сооружений и их эксплуатация, должны быть включены в цену, так же как и стоимость экологических последст­вий водного хозяйства, таких, например, как потеря рыбных ресур­сов, засоление почв или загрязнение воды. Пока этого нет нигде в мире. Установление цены на воду, которая отражала бы истинные затраты, привело бы, вследствие важности и вездесущности воды как ресурса, к изменению всей системы мировых цен. Такой проект не может быть осуществлен в одной, отдельной стране.

VI. 2.3. Геоэкологические особенности бессточных областей мира

С точки зрения гидрологического режима территории мира делят­ся на три группы: а) Области со стоком в Мировой океан; б) Области со стоком в замкнутые депрессии, в настоящее время не соединяю­щиеся с океаном (бессточные области); в) Области, не образующие стока (или дающие его чрезвычайно редко). Площадь двух послед­них категорий вместе взятых около 35 млн км², что составляет около 1/4 площади суши мира, причем подавляющую часть образуют об­ласти со стоком в замкнутые депрессии. К ним относятся столь большие территории как бассейн Каспийского моря, Аральского мо­ря, оз. Лобнор, оз.Чад и многие другие. Эти области выделяются свои­ми специфическими природными особенностями, и благодаря им они отличаются столь высокой реакцией на деятельность человека в бас­сейне, что этот вопрос заслуживает специального обсуждения.

Как правило, бессточные области располагаются в аридных рай­онах, где потенциальное испарение с поверхности бассейна (испа­ряемость) за год превышает годовой слой осадков. Обычно сток формируется в верхней части бассейна, так называемой зоне форми­рования стока, где слой осадков больше потенциального испарения.

В нижней части бассейна, так называемой зоне рассеивания стока, осадки меньше испарения. Река в этой части бассейна уже не полу­чает питания (это так называемая транзитная река), а приходящий сверху сток реки расходуется на испарение, инфильтрацию в берега и пр., и постепенно сокращается вниз по течению реки. Оставшийся речной сток достигает концевого водоема, обычно озера или болота, и также в конце концов расходуется на испарение.

Простейшее уравнение водного баланса концевого водоема вы­глядит следующим образом:

R + P_s - Е = AW

где R - сток в водоем, P_s - осадки на поверхность водоема, Е - испа­рение с поверхности водоема, AW - изменение объема воды в водоеме.

Вследствие бессточности концевого водоема все изменения вод­ного баланса озера в конечном итоге отражаются в изменении его объема, а значит и в изменении уровня воды озера. Как мы уже зна­ем, изменения состояния бассейна хорошо отражаются в режиме стока с него. Поэтому природные колебания водного баланса бас­сейна в конечном итоге определяют колебания уровня воды. В отли­чие от проточных озер, значительные колебания уровня воды - от­личительная природная особенность бессточных озер.

Деятельность человека в бессточном бассейне часто оказывает самое серьезное влияние на режим концевого водоема. Поскольку бессточные бассейны обычно располагаются в аридных районах, т.е. в областях недостаточного увлажнения, в этих районах необходимо орошение сельскохозяйственных земель. По мере развития ороше­ния, увеличивается водозабор из реки и, соответственно, сокращает­ся приток в концевой водоем. Вследствие деятельности человека происходит перестройка гидрологических процессов во всем бассей­не, что влечет за собой изменение всей природно-хозяйственной системы.

Самым ярким и трагическим примером взаимосвязи деятельности человека в бессточном бассейне и гидрологического режима реки и озера является современная история Аральского моря, отражающая крупнейшую в мире геоэкологическую катастрофу. Состояние этого большого бессточного озера с еще недавно солоноватой водой зави­сит от гидрометеорологической обстановки в бассейнах рек Амуда- рья и Сырдарья. Водные ресурсы этих рек при выходе из гор состав­ляют примерно 110 км³ в год. Они традиционно, в течение тысячеле­тий, использовались на орошение наиболее удобных территорий у подножия гор. Площади традиционного орошения были около 5 млн. га, и на них расходовалось около половины водных ресурсов. В Аральское море поступало около 55 км³ воды в год, что обеспечива­ло относительную стабильность его уровня и других гидрологиче­ских характеристик. Арал был четвертым по площади озером мира.

Начиная с конца 1950-х гг. в бассейне Арала осуществлялась го­сударственная политика развития ирригации, в основном с целью увеличения производства хлопка. К концу 1980-х гг. площади оро­шения увеличились приблизительно наполовину; при этом потери воды в каналах и на полях превосходили все разумные пределы. В частности, был построен Каракумский канал, забирающий из Аму- дарьи не менее 10 км³ в год. Несмотря на преимущественно песча­ные грунты, ложе канала в основном не облицовано, и потери на фильтрацию чрезвычайно велики.

В результате развития орошения, речной сток в Арал начал убы­вать, и в 1980 г. обе реки впервые не достигли Арала. В 1980-х гг. приток речных вод составлял лишь несколько кубических километ­ров в год. Море быстро сокращалось, а соленость воды увеличива­лась (табл. 9).

Таблица 9. Изменения основных характеристик Аральского моря Год Уровень, м над ур. моря Площадь, км2 Объем, км3 Соленость воды, г/л   53,3     10,0   52,5     10,5   51,6     11Д   49,4     13,7   46,2     16,5   42,0     23,5   39,0     29,0

 

В многоводные для Центральной Азии 1992-1994 гг. приток Амударьи был 18,8-28,9 км³, а Сырдарьи - 4,6-8,9 км³. Это замедли­ло, но не остановило падение уровня воды Арала. Все посты наблю­дений за уровнем воды обсохли, и наблюдения прекратились. Соле­ность воды достигла морской (около 35 г/л).

Резкое увеличение солености воды полностью погубило рыбное население моря. Исчезли многие ценные эндемичные виды рыб, привыкшие к существованию в солоноватой воде озера и пресной воде рек, в зависимости от стадий их развития. Вместе с рыбой ис­чезло процветающее рыболовство, а население лишилось занятости. На бывшем дне образовалась соляная пустыня, развеваемая ветром, так что прилегающие территории получают за год более 500 кг солей на гектар. Деградировали уникальные экосистемы пойменных лесов долины и дельты Амударьи и Сырдарьи. Соленость воды в низовьях рек увеличилась до 1,5-2 г/л, а иногда и до 3 г/л, при большом коли­честве растворенных остатков пестицидов. Несмотря на это, во мно­гих селениях речная вода все еще вынужденно используется как ис­точник питьевого водоснабжения.

В результате комплекса обстоятельств, заболеваемость населения Приаралья увеличилась за последние 20 лет в 20 раз. Число случаев заболеваний раком в Каракалпакии в семь раз превышает средний показатель для бывшего СССР. Анемией страдает более 90 % насе­ления. В Нукусе все 35 взятых образцов материнского молока оказа­лись непригодны для питания младенцев. Детская смертность в ни­зовьях Амударьи и Сырдарьи стала сравнимой с наиболее отсталыми странами мира, превысив 110 на 1000 новорожденных. Территория Приаралья превратилась в зону экологического бедствия.

Положение выше по течению Амударьи и Сырдарьи не намного лучше. Преобладает монокультура хлопка, которую можно поддер­живать только при очень высоком уровне использования удобрений, пестицидов и дефолиантов. Чрезвычайно высоки потери воды из ма­гистральных каналов и оросительных систем. При этом дренажные воды накапливаются в бессточных понижениях рельефа, образуя в пустыне болота и озера, два из которых, Сарыкамыш и Арнасай, имеют весьма значительные размеры.

Многолетнее, фактически принудительное использование труда учащихся на сборе хлопка стало одной из причин низкого качества школьного и высшего образования. К неблагоприятным социальным факторам следует добавить очень высокий прирост населения, в осо­бенности сельского, плохое медицинское обслуживание, высокий уровень безработицы при малой мобильности коренного населения. Все эти процессы сплелись в сложный клубок взаимозависимости человека и природы, то есть естественных, социальных, экономиче­ских и политических проблем, индикатором которых является со­стояние Аральского моря. Поэтому и решение геоэкологических проблем Арала может быть достигнуто только посредством долго­срочной программы всестороннего развития всех стран, находящих­ся в его бассейне, при условии сотрудничества между ними. Так не­правильно выбранная стратегия развития водного хозяйства привела к крупнейшему геоэкологическому кризису. На примере Арала мы видим также центральную роль водных ресурсов и водного хозяйст­ва в развитии, или, скорее, деградации крупного региона.

Многие бессточные озера засушливых областей мира испытыва­ют во вторую половину XX столетия общую тенденцию понижения уровня воды. К ним относятся, например, Балхаш, Иссык-Куль, Чад, Туркана, Лобнор и др. Наряду с естественными причинами падения уровня, роль деятельности человека велика, а во многих случаях она стала определяющей, как и в случае с Аралом.

Особая ситуация с Каспийским морем. Волга приносит около 80% всего притока речной воды в это крупнейшее озеро мира и определя­ет основные черты колебаний его уровня. Отличительной чертой Каспия являются весьма значительные и относительно резкие коле­бания уровня моря. За историческое время, то есть примерно за 2500 лет уровень воды колебался в пределах от 20 до 34 м ниже уровня Мирового океана. Весьма типичны изменения уровня на 1,5 м за 10 лет, или на 10 м за 1000 лет.

Средний годовой баланс Каспийского моря за 1900-1985 гг. вы­глядит следующим образом (км³ за год):

Приток воды рек + 298

Осадки на поверхность моря + 74

Испарение с поверхности моря - 370

Отток в залив Карабогазгол^[6]_________________ - 14

Итого -12

Средний годовой дефицит уравнения водного баланса (-12 км³) соответствовал падению уровня воды на 3,1 см.

С начала столетия до 1929 г. уровень воды был относительно ста­билен, с флуктуациями около 26,2 м ниже уровня океана. В 1930— 1941 гг. вследствие маловодья Волги и других притоков, объясняе­мого в основном естественными причинами, уровень упал на 1,8 м.

За 1942-1977 гг. уровень снизился еще на 1,3 м. Наинизший уровень был отмечен в 1977 г., когда он был равен -29,0 м. С тех пор, и до 1997г., уровень поднимался, достигнув -26,5 м.

Колебания уровня воды на 90 % объясняются естественными причинами, но все же на 10 % они обусловлены антропогенными причинами, так что даже столь большое озеро не является исключе­нием из общего правила, и можно ожидать дальнейшего усиления роли человека в колебаниях уровня Каспия.

Длительное падение уровня Каспия в 1930-1977 гг. привело к ошибочному мнению о неизбежности и необратимости его дальней­шего снижения, что объяснялось антропогенной деятельностью в бассейне (в первую очередь, заполнением новых водохранилищ и за­бором воды на орошение). В результате все новые сооружения были привязаны к низкому уровню воды Каспия, и при современном росте уровня (на 2,5 м к 1997 г.) они подвергаются периодическому или постоянному затоплению, принося огромные экономические потери. К этой категории относятся населенные пункты, железные и автомо­бильные дороги, места добычи и транспортировки нефти и газа, пор­товые сооружения и др. На плоских берегах Каспия широко развиты штормовые нагоны воды, когда уровень поднимается на 3-4,5 м, и вода проникает вглубь территории на 30-50 км.

Долгосрочная стратегия хозяйственного использования побере­жья Каспия должна учитывать его характерную особенность - зна­чительные и пока непредсказуемые изменения уровня воды. Отметка моря минус 25 м принята как основной уровень для планирования и проектирования в России и Казахстане. При этом капитальные со­оружения не должны располагаться ниже уровня минус 23 м.

Каспийское море, и в особенности его северная часть, отличается очень высокой рыбной продуктивностью благодаря теплой воде мелководья с большим количеством биогенных веществ. Этот водо­ем - важнейшее в мире вместилище осетровых пород рыб, дающее 90% их мирового улова. Вследствие антропогенной деятельности в бассейне Каспия уловы сокращаются, качество осетровых снижает­ся, и доля их в уловах уменьшается. Основные причины сокращения уловов: плотины на реках бассейна, являющиеся препятствием для проходных рыб, мечущих икру в верхней части течения рек; пере­хват биогенных веществ плотинами, в особенности соединений фос­фора, адсорбируемых на тонких частицах речных наносов, отлагаю­щихся в водохранилищах; загрязнение воды в результате всех видов антропогенной деятельности; хищнический, плохо контролируемый лов рыбы.

Каспийское море и прилегающие территории содержат наиболь­шие в мире запасы газа и третьи по размеру запасы нефти. Значи­тельная часть этих запасов залегает на берегах и в донных геологи­ческих структурах моря. Высокое уже сейчас нефтяное загрязнение угрожает заметно усилиться, а сопутствующие нефти и газу геоэколо­гические инженерные проблемы, такие как разливы нефти, пожары и загрязнение воздуха, деградация ландшафтов и др., могут, без надле­жащего контроля, создать еще одну область экологического бедствия.

Любая бессточная область, включая Каспийское море и его бас­сейн, представляет собой единую природно-хозяйственную систему, которая должна управляться из единого центра. Это не наблюдается на Каспии. Более того, в поисках быстрых, краткосрочных прибылей от нефти и газа, делаются попытки разделить море на участки, при­надлежащие разным странам. В таком случае Каспийское море прак­тически неизбежно превратится в мертвый и грязный водоем, на дне которого все еще будут значительные запасы горючих ископаемых, может быть, уже ненужных вследствие высоких эмиссий парнико­вых газов и потому значительного изменения климата.

VI.2.4. Вопросы качества вод суши

Как уже обсуждалось выше, реки интегрируют многие природные процессы. В частности, реки в их естественном состоянии играют роль дренажных систем, собирающих с бассейна сток, вместе с пе­реносимыми им растворенными, взвешенными и влекомыми вещест­вами. Природные воды - всегда сложные растворы, обычно содер­жащие много химических веществ. Естественная концентрация рас­творенных веществ в речных водах обычно не превышает 1 г/л. Вода рек переносит взвешенные и влекомые наносы, также влияющие на качество воды. Естественные речные воды обычно бывают доста­точно приемлемого качества для большинства потребителей и не требуют значительной обработки.

Фактически деятельность человека постепенно превращает реки из дренажных систем в сточные канавы, иногда с очень высоким уровнем загрязнения (свыше 100 ПДК). Мы говорили ранее, что состояние реки отражает состояние ее бассейна. Пока в бассейне пре-

обладают природные процессы, речной сток переносит естественные растворенные вещества. Но по мере того, как деятельность человека (промышленность, сельское хозяйство, строительство и др.) усили­вает миграцию химических веществ, их концентрация в природных водах повышается, то есть ухудшается качество воды. При этом в природную среду, в том числе в природные воды, попадают вещест­ва антропогенного происхождения, часто посторонние для данных природных условий, с неблагоприятными свойствами, в том числе токсичные. Общее количество загрязняющих веществ в речной воде достигает нескольких тысяч.

Например, изменения химического состава воды р. Рейн отражают историю изменения состояния ее бассейна. Естественное содержание хлоридов в водах Рейна было порядка 10-20 мг/л. С прошлого века, из-за промышленного развития бассейна, оно постепенно росло, уве­личившись на порядок величины, так что к 1980 г. среднее содержа­ние хлоридов в воде Рейна на границе Нидерландов и Германии ста­ло 168 мг/л. Вследствие очень высоких темпов экономического раз­вития после Второй мировой войны и соответствующего увеличения отходов, вода реки стала содержать все большее количество органи­ческих биодеградируемых веществ. Поэтому качество воды, в дан­ном случае хорошо отражаемое концентрацией растворенного ки­слорода в воде, сокращалось и достигло минимума в 1971 г. Дефицит кислорода стал после этого уменьшаться, приходя в норму благодаря вводу в эксплуатацию ряда сооружений по очистке сбрасываемых вод. Концентрация растворенного кислорода в нижнем течении Рей­на продолжала расти, увеличившись за 1970-е гг. вдвое. Зато с 1950- х гг., и в особенности в 1960-х, резко (в 4-6 раз) увеличилась кон­центрация нитратов и фосфатов вследствие заметного роста в при­менении продуктов химической промышленности в сельском и до­машнем хозяйстве. Эта проблема также к настоящему времени ре­шена. Качество воды Рейна продолжает улучшаться, причем на­столько, что правительства стран бассейна предполагают, что в реку вернутся лососевые рыбы, требующие воду высокого качества.

Главными источниками загрязнения природных вод являются предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтяной, газовой, угольной, целлюлозо-бумажной промышленности, сельское хозяйство (как земледелие, так и интенсивное животноводство), коммунальное хозяйство.

Величина сброса сточных вод в водоемы России в 1997 г. состави­ла 59,3 км³. Из этого количества в реки ежегодно сбрасывается при­близительно 30,0 км³ загрязненных сточных вод, требующих как ми­нимум 10-12-кратного разбавления, а для ряда веществ и разбавле­ния в 50-200 раз. (Для сравнения, средняя величина речного стока России равна 4260 км³ в год.).

Основные показатели загрязнения природных вод следующие:

- Растворенный кислород (чем выше его содержание, тем лучше качество воды);

- Показатель биохимического потребления кислорода (БПК). (Чем выше показатель, тем больше в воде загрязняющих веществ, и, сле­довательно, тем хуже качество воды);

- Содержание в воде микроорганизмов. Их показателем служит содержание кишечной палочки (колититр);

- Содержание в воде аммония (NH₄), нитратов (