Очерк истории изучения вод территории России

 

Первые гидрографические сведения. Процесс формирования гидрологии как самостоятельной науки завершился только в сравнительно недавнее время, в конце XIX в. Но исследования вод имеют свою историю, которая тесно связана с культурным и экономическим развитием страны и, прежде всего, с такими отраслями народного хозяйства, как водный транспорт, лесосплав, энергетика, водоснабжение и мелиорация.

Первые сведения о главнейших реках Восточно-Европейской равнины относятся к глубокой древности. Так, например, первое описание Нижнего Днепра до порогов было сделано в V в. до нашей эры. В древних русских летописях начиная с XII в. появляются описания водных путей.
Развитие исследований водных объектов от эпохи Петра I до Советского периода. Более или менее систематические исследования водных объектов в России начинаются при Петре I. Были произведены описания некоторых рек с целью выявления их судоходных условий и возможности соединения рек каналами. В это время была построена Вышневолоцкая водная система, соединившая р. Волгу с Балтийским морем. Велись работы по соединению Волги и Дона, был построен Ивановский канал, соединивший Оку и Дон. При Петре I велись изыскания с целью постройки Мариинской и Тихвинской водных систем.

В 1715 г. на р. Неве у Петропавловской крепости был установлен первый водомерный пост, в 1749 г. Академия наук устроила водомерный пост в Петербурге на р. Мойке, а в 1752 г. - на р. Неве у Главного адмиралтейства. В 1752 г. был открыт водомерный пост на р. Северной Двине у г. Архангельска, а в 1792 г. - на р. Волге у г. Астрахани.

К настоящему времени из материалов наблюдений по водомерным постам, открытым в XVIII столетии, сохранились лишь сводки о наивысших наблюденных горизонтах воды по р. Северной Двине - г. Архангельск, р. Волге - г. Астрахань, р. Неве - Петропавловская крепость и Главное адмиралтейство и р. Днепру - порог Ненасытецкий.

В 1798 г. учреждается департамент (управление) водных коммуникаций и начинается более планомерное исследование и описание водных путей. Проводятся съемки на реках Неве, Волхове, Днепре, Доне, Северском Донце, Оке, Волге, Оби и Лене. Развиваются экспедиционные географические исследования. Сооружаются многочисленные небольшие плотины и водноэнергетические установки на Урале. Все это способствует накоплению сведений о водных объектах России и усовершенствованию методики водных исследований.

В начале XIX столетия в связи с развитием использования внутренних водных путей начала ощущаться необходимость в сведениях о повышении и понижении уровня воды в реках.

В 1818 г. управлением водными и сухопутными сообщениями дается предписание об обязательных ежедневных измерениях уровней воды на всех водных системах. С выходом этого предписания и даже несколько ранее стали производиться водомерные наблюдения на р. Волге у г. Нижнего Новгорода (1820 г.), на р. Каме у г. Дедюхина (1826 г.), на р. Немане у г. Смалининкай (1822 г.), на р. Западной Двине у г. Двинска (1816 г.), на р. Днепре у г. Киева (1839 г.).

Первая “Инструкция для производства наблюдений за изменением горизонта и ложа в реках” была издана Главным управлением путей сообщений в 1858 г. Несмотря на выход этой инструкции, водомерные наблюдения в большинстве пунктов по-прежнему производились по временным вбитым в дно реки рейкам и потому оказывались неувязанными между собой.

В рассматриваемый период впервые были произведены отдельные измерения расходов воды на некоторых реках, причем скорости течения определялись обычно поплавками.

Однако полученные в течение рассматриваемого периода сведения о режиме водных объектов страны и выводы о закономерностях его формирования были разрозненными, касались отдельных, наиболее ярких проявлений режима (выдающиеся половодья, засуха, низкая межень и пр.) и потому не могли еще явиться достаточной основой для выработки более широких представлений о закономерностях гидрологического режима.

Основное содержание добытых в этот период сведений было общегеографического и гидрографического направления и поэтому способствовало познанию водных объектов лишь в общем виде.

В середине 70-х годов XIX столетия, после постройки главных железнодорожных линий, выяснилась необходимость одновременно с дальнейшим развитием рельсовых путей развивать и улучшать водные пути. Этому, в частности, способствовало появление на р. Волге нового, - очень ценного массового груза - нефти.

В конце XIX и в начале XX в. были выполнены значительные для того времени работы по шлюзованию.

Одновременно с производством выправительных работ с конца 90-х годов XIX в. на р. Волге, а потом и на некоторых других реках для поддержания необходимых судоходных глубин начало широко применяться землечерпание.

В рассматриваемый период снова возник интерес к использованию водной энергии, чему благоприятствовало усовершенствование двигателей и развитие электротехники.

В связи со значительным развитием в этот период портостроения были начаты работы по улучшению судоходных условий устьев крупных рек, впадающих в моря.

В 1873 - 1898 гг. велись работы по осушению болот в северо-западных районах, в частности в Полесье.

Важным этапом в изучении водных объектов России в рассматриваемый период явилась организация в 1875 г. навигационно-описной комиссии министерства путей сообщения для изучения русских судоходных рек. В результате деятельности навигационно-описной комиссии, продолжавшейся до 1884 г., были составлены и изданы планы и продольные профили ряда рек (Северной Двины, Днепра, Камы, Оки, Волги, Дона и др.) с данными об измеренных скоростях и расходах воды.

В 1884 г. навигационно-описная комиссия была слита с техническим отделом департамента шоссейных и водных сообщений.

Навигационно-описная комиссия издала описания проведенных исследований, программу этих работ, инструкцию по организации водомерных наблюдений (1876 г.). Эта инструкция с изменениями и дополнениями, внесенными в нее (в 1881, 1882, 1885, 1888 гг.), регламентировала постановку водомерных наблюдений на больших реках вплоть до 1925 г.

В процессе проведенных работ навигационно-описная комиссия заложила основы методики водных исследований.

Дальнейшее изучение рек России осуществлялось управлением внутренних водных путей и шоссейных дорог министерства путей сообщения, созданным в 1899 г. на основе объединения департамента водных и шоссейных сообщений и портовой комиссии. В ходе исследований, проведенных описными партиями этого управления, более полно, чем партии навигационно-описной комиссии, выяснили гидрологические особенности рек.

С 1902 г. управлением водных путей и шоссейных дорог МПС издавались “Материалы для описания русских рек и истории улучшения их судоходных условий”. К 1916 г. вышло всего 65 выпусков, в которых содержится описание рек и озер, сведения о произведенных на них гидрометрических работах и специальных гидрологических исследованиях, проектах соединительных водных путей, а также отчеты бюро изысканий и местных округов путей сообщения.

Министерством путей сообщения в период с 1882 по 1902 г., а затем министерством торговли и промышленности были произведены изыскания в целях улучшения судоходных условий устьев крупных рек, впадающих в моря. Результаты исследований издавались в виде сборников под названием “Материалы по описанию русских коммерческих портов” (1882-1902 гг.), а затем под названием “Труды отдела торговых портов министерства торговли и промышленности”. В этих изданиях содержатся краткие гидрографические характеристики, планы с промерами глубин, сведения об уровнях, расходах и распределении их по рукавам, о течениях и режиме наносов.

В 1881 г. навигационно-описная комиссия издала атлас водомерных графиков за 1876-1880 гг. по 80 водомерным постам. Полный свод результатов наблюдений водомерных постов до 1910 г. был издан МПС в виде текста, таблиц и атласа водомерных графиков в 10 томах под наименованием “Сведения об уровне воды на внутренних водных путях России по наблюдениям на водомерных постах”. Материалы наблюдений последующих лет были изданы после Великой Октябрьской социалистической революции.

В результате исследований, произведенных МПС, были написаны монографии по отдельным рекам и районам, содержащие ценные сведения о водных объектах страны. Министерство путей сообщения, решая воднотранспортные задачи, при изучении гидрологического режима касались главным образом исследований сроков вскрытия и замерзания водоемов, режима уровней, скоростей потока и условий формирования русла.

Одновременно с исследованиями водных объектов как путей сообщения велись работы по изучению болот в связи с их осушением, а также исследования с целью использования водных ресурсов для орошения и обводнения засушливых областей. В период с 1873 по 1898 г. этими проблемами занималась главным образом в районе Полесья западная экспедиция по осушению болот. Эта экспедиция исследовала режим рек и болот бассейна р. Припяти. С 1880 по 1891 г. действовала экспедиция по орошению на юге России и на Кавказе. Большие для своего времени работы были проведены экспедицией по исследованию источников главнейших рек Европейской России под руководством А. А. Тилло (с 1894 по 1901 г.). Поводом к снаряжению этой первой в России гидрологической экспедиции послужило весьма распространенное с начала XIX столетия мнение, будто бы обмеление равнинных рек, в частности Волги, а также неурожаи, в особенности 1891-1892 гг., связаны с уменьшением водных запасов страны вследствие вырубки лесов в верховьях рек, распашки прибрежных лугов и склонов многочисленных оврагов и др.

Труды этой экспедиции, изданные в 63 выпусках, охватили разнообразные вопросы гидрографии и гидрологического режима истоков рек Волги, Днепра, Западной Двины и их главнейших притоков.

Большие исследования рек были начаты в 1909 г. отделом земельных улучшений (ОЗУ) главного управления земледелия и землеустройства. Изыскательские партии ОЗУ ставили своей задачей не столько получение топографических планов рек, как это делали изыскательские партии министерства путей сообщения, сколько получение сведений по водности рек, наносам, химическому составу и других данных, характеризующих гидрологический режим.

В 1903 г. при отделе земельных улучшений в качестве совещательного органа междуведомственного характера был образован гидрологический комитет. В составе комитета было учреждено четыре комиссии: 1) по крупным гидротехническим сооружениям с оросительной целью, 2) по общим гидрологическим и гидрогеологическим вопросам, 3) по исследованиям рек, речных долин и озер и работам, связанным с упорядочением течения рек, состояния речных долин и озерных котловин и 4) по юридическим вопросам. Начиная с 1907 г. все чаще поднимается вопрос о необходимости создания центрального гидрологического учреждения. Впервые этот вопрос был поставлен еще экспедицией А. А. Тилло.

В 1914 г. совет мелиорационных съездов организовал комиссию для разработки вопроса об учреждении районных гидрологических станций и об объединении их деятельности в особом центральном гидрологическом научном учреждении.

Для систематических, стационарных наблюдений на реках были организованы три особых управления, названные гидрометрическими частями; в 1910 г. в Туркестанском крае и при водном управлении на Кавказе и в 1913 г. в Европейской России. На основе работ, проведенных этими организациями, в значительной мере и была создана отечественная гидрометрия. К 1917 г. в России действовало более 150 водомерных постов и гидрометрических станций.

На основании исследований, проведенных в период с 70-х годов XIX столетия до революции, были установлены основные закономерности, существующие между климатическими факторами (осадками, испарением) и стоком, выяснены главные особенности формирования дождевых паводков, заложены основы научных исследований в области русловых процессов и зимнего режима. Кроме того, были сделаны первые попытки организации службы гидрологических прогнозов, начали создаваться методы расчета максимального стока при отсутствии непосредственных наблюдений, а также была создана значительная сеть гидрометеорологических станций на крупных реках и озерах и составлены первые инструкции для производства гидрометрических работ.

К концу этого периода начался процесс выделения гидрологии в самостоятельную отрасль знания. Начался систематическое чтение курса гидрологии в российских университетах. Впервые курс гидрологии суши вел в Петербургском политехническом институте проф. С. П. Максимов в 1914 г. Литографированные лекции этого курса были первым в России учебником гидрологии. Один из основоположников советской гидрологии проф. В. Г. Глушков считал С. П. Максимова своим учителем.

Исследование водных ресурсов после революции. В первые годы после революции (1918-1920 гг.) в связи с гражданской войной и иностранной интервенцией объем исследований рек и озер значительно сократился. С началом периода восстановления народного хозяйства (1921-1925 гг.) и особенно в последующие годы грандиозного социалистического строительства исследования водных ресурсов страны начали развиваться очень быстро.

Важное значение в деле организации планомерных исследований водных ресурсов в широком масштабе имел исторический план ГОЭЛРО - план электрификации и реконструкции народного хозяйства, разработанный в 1921 г. под руководством В. И. Ленина. Предусмотренное планом ГОЭЛРО широкое комплексное использование водных ресурсов страны потребовало не только всестороннего изучения естественного режима водных объектов, но и оценки будущих условий.

Крупнейшие водохозяйственные проблемы, связанные с реконструкцией рек Волги, Днепра, Дона, Урала, Оби, Енисея и др., и проблема использования малых рек, возникшие в связи с осуществлением пятилетних планов, имели решающее значение в развитии исследований водных ресурсов.

Большую роль в истории изучения водных ресурсов страны и оформлении гидрологии в самостоятельную науку сыграло учреждение в 1919 г. Российского, ныне Государственного ордена Трудового Красного Знамени гидрологического института (ГГИ), ставшего центральным научно-исследовательским учреждением Советского Союза в области гидрологии.

Учреждение в 1929 г. Гидрометеорологического комитета при Совете Народных Комиссаров СССР, преобразованного в 1933 г. в Центральное управление Единой гидрометеорологической службы. СССР (ЦУЕГМС), а в 1936 г. в Главное управление гидрометеорологической службы (ГУГМС), создало широкие возможности организации и развития планомерного комплексного изучения гидрометеорологического режима территории СССР в интересах обслуживания запросов всех отраслей народного хозяйства. Создание Гидрометеорологической службы СССР способствовало развитию сети гидрологических станций, установлению единой методики работ, улучшению качества гидрометрических работ и расширению программы исследований водных ресурсов. В 1941 г. число гидрометеорологических станций ГУГМС, ведущих наблюдения за режимом рек, озер и болот, достигло 4247, а к 1960 г. стало близко к 6000.

Наряду с опорной государственной сетью гидрометеорологических станций, входящих в систему Гидрометеорологической службы, существует и ведомственная сеть, создаваемая обычно на период проектирования и строительства гидротехнических сооружений, а также для обслуживания в период их эксплуатации. Ведомственные станции дополняют материалы наблюдений опорной сети и производят специальные исследования (скоростей потока, режима русла, зимнего режима и др.) применительно к конкретным задачам проектирования.

Весьма показательным для советского периода гидрологических исследований, особенно в области изучения рек, ягляется не только резкое развитие работ, направленных на изучение отдельных водных объектов, но и проведение широких и обстоятельных научных обобщений по гидрографии СССР и установление физических закономерностей, управляющих процессами, происходящими в них. Важнейшим этапом советского периода развития гидрологии явилось окончательное оформление ее как самостоятельной научной дисциплины.

Интенсивное развитие гидрологической науки началось примерно с 30-х годов нынешнего столетия, когда знание гидрологических закономерностей стало особенно необходимым вследствие быстрого развития гидроэнергетики и ирригации и связанного с этим широкого использования рек, строительства крупных водохранилищ и каналов. Гидрология суши из небольших разделов физической географии, гидротехники и водных исследований сформировалась в стройную обширную систему научных знаний с конкретными объектами и методами исследований.

Несмотря на значительные достижения и размах научных исследований, полученные в ряде случаев результаты не обеспечивают запросов практики водохозяйственного строительства. Еще недостаточно изучены закономерности колебания стока в многолетней перспективе и синхронность колебаний стока различных речных бассейнов, в малой степени вскрыты зависимости между речным стоком и формирующими его природными факторами, слабо разработан аппарат математической статистики применительно к оценке повторяемости многофакторных явлений.

Расчетные схемы нередко слабо подкреплены материалами натурных наблюдений, а в ряде случаев, наоборот, они недостаточно обоснованы теоретически.

Для изучения некоторых элементов гидрологического режима, например расходов донных наносов, малых скоростей течения, ветрового волнения и пр., еще не имеется надежно действующей аппаратуры. Требуется развитие методики гидрометрических работ, в частности в условиях зарегулированного режима.

Дальнейшее изучение ресурсов поверхностных вод необходимо осуществлять как путем развития рационализации массовой сети гидрологических станций и улучшения техники и методики наблюдений, так и путем постановки опытных лабораторных и полевых экспериментальных исследований. Более глубокое познание закономерностей формирования гидрологического режима позволит полнее удовлетворить возрастающие запросы водного хозяйства, требующего дальнейшего повышения точности гидрологических расчетов, повышения надежности и увеличения заблаговременности гидрологических прогнозов.

ГИДРОСФЕРА. КРУГОВОРОТ ВОДЫ

 

Общепринятое и наиболее обоснованное определение понятия “гидросфера” – это прерывистая водная оболочка Земли. По некоторым прежним представлениям, рамки гидросферы ограничивались Мировым океаном. Но воды рек и озер, так же как и подземные воды, являются составными частями гидросферы. А эти воды в отличие от океана дискретны. Отсюда и появляется необходимость определения гидросферы как прерывистой оболочки. Противопоставление дискретности вод речной сети, озер и подземных вод континуальности океана не лишено условности, поскольку относится к стационарному состоянию гидросферы, чего в природе не существует. Гидросфера отличается высокой динамичностью, движущей силой которой служит круговорот воды. Поэтому следует в понятие о гидросфере ввести определение ее динамичности, подвижности.

Из сказанного следует, что понятие “гидросфера” равнозначно понятию о всех свободных водах Земли. Свободных в том смысле, что воды гидросферы не связаны химически и физически с минералами земной коры, т. е. могут двигаться под влиянием гравитационной силы, а также под влиянием тепла. В понятие “движение” входит и переход воды из одного агрегатного состояния в другое. Переход воды через парообразную фазу служит механизмом естественного опреснения воды.

Происхождение гидросферы связывается с дегазацией воды из мантии Земли, в которой содержится около 2∙10²⁵ г воды или 20 млрд. км³.

Из приведенного определения гидросферы и ее краткой характеристики видно, что эта сфера Земли находится в тесной взаимосвязи с другими сферами - литосферой, атмосферой и биосферой. Связь гидросферы с земной корой происходит посредством подземных вод, а с мантией Земли - как с ее генетическим источником. Атмосферные воды (парообразная влага) связывают гидросферу с атмосферой. Гораздо сложнее взаимодействие гидросферы с биосферой. Общеизвестно, что большую часть живых организмов - растений и животных - составляет вода, но общая масса воды как часть органического мира незначительна относительно объема гидросферы, и не по этому признаку следует судить о биологической роли воды. В данном случае взаимосвязь гидросферы с биосферой гораздо сложнее, чем с литосферой и атмосферой. Важный фактор - участие воды в биологических процессах, начиная от возникновения жизни. Следует “исключить совершенно сухие участки из числа мест зарождения жизни и рассматривать жизнь как явление, присущее лишь гидросфере”, и “жизнь в сущности есть производное воды”, - писал Д. Бернал. Происхождениет воды на Земли из живого, становится в настоящее время, одной из распостраненых гипотез.

Другое значение воды - образование при ее участии в процессе фотосинтеза органического вещества - основы животного мира и почвообразования. При этом выделяется кислород, которым дышат люди и животные и который является основой для распространенных в природе и важных для обмена веществ окислительных процессов. Далее, вода с биосферой связана процессом транспирации, который мы относим к биологическому звену круговорота воды.

Переходя к количественной характеристике гидросферы, следует отметить, что представления по этому вопросу имеют свою историю, обзор которой довольно полно освещен в литературе.

Об объеме гидросферы дают представление данные, помещенные в табл. 1.

Весь объем гидросферы, по современным подсчетам, несколько превышает 1,4 млрд. км³. Точность современных представлений об объеме гидросферы колеблется в пределах около 50 млн. км³, что соответствует 3 % объема гидросферы. Такая сравнительно высокая точность связана с наиболее надежным определением объема Мирового океана, составляющего почти 94 % всего объема гидросферы. Действительно, за полувековой период, со времени появления эхолота, промеры морских глубин приобрели настолько массовый характер, что довольно точные вычисления объема даже наиболее отдаленных от суши частей океана не связаны с какими-либо затруднениями методологического характера. Теперь это уже в большей мере стало вопросом вычислительной техники.

 

Таблица 1

Гидросфера

Части гидросферы	Объем воды тыс. км3	% от общего объема
Мировой океан Подземные воды В том числе зоны активного водообмена Ледники Озера Почвенная влага Пары атмосферы Речные воды Итого	1 370 323   4 000 24 000 280* 85** 1,2	93,96 4,12   0,27 1,65 0,019 0,006 0,001 0,0001

 

* В том числе около 5 тыс. км³ воды в водохранилищах.

** В том числе около 2 тыс. км³ оросительных вод.

 

По последним данным, объем воды Мирового океана немного превосходит 1370 млн. км³ при его площади 361,3 млн. км³ и средней глубине 3790 м. Близкие к этой глубины были определены в последней четверти XIX века. Так, Дж. Меррей уже в 1888 г. определил среднюю глубину океана лишь на 14 м больше современной, а наш соотечественник А. Тилло (1889), известный ученый, составивший первую карту падения рек Европейской России, в результате тщатель­ных измерений оценил среднюю глубину океана в 3803 м. Объем воды океана, точно соответствующий установленному в настоящее время, почти 80 лет назад определил Карстен (Федо­сеев, 1967). Затем более полувека назад такие же данные полу­чил Э. Коссина (Kossinna, 1921). Как показали опре­деления (Степанов, 1974), в которых уже были использованы массовые измерения глубин эхолотом, данные Э. Коссина были подтверждены почти без изменений. Но параллельно с этими данными в литературе неоднократно появлялись устаревшие. Например, в известной книге А. В. Огиевского (1951) объем воды океана оценен в 1 304 млн. км³, в работах Р. Нейса (1964, 1968) - в 1 320 млн. км³, а в книге Р. Фюрона (1966) - даже в 1 200 млн. км³, т. е. на 170 млн. км³, или на 12 %, меньше действительного. Подобные расхождения носят, конечно, случай­ный характер, и они не меняют тех представлений об объеме воды океана, которые сложились в течение истекших десятиле­тий.

Сказанное о надежности данных об объеме воды океана в какой-то мере относится и к определению массы ледников, пред­ставление о которой значительно улучшилось в последние годы. Еще сравнительно недавно на основании всей имеющейся ин­формации масса ледников оценивалась рядом авторов, напри­мер, Р. Нейсом (Nace, 1964), в том числе и мною (Львович, 1964), в 29-30 млн. км³. Однако в результате большого коли­чества промеров мощности полярных ледниковых щитов геофи­зическими методами было установлено, что прежние пред­ставления об их массе были преувеличены в основном из-за недостаточно полных представлений о рельефе подледной по­верхности Земли. Под ледниковым щитом Антарктиды оказа­лось значительно больше возвышенностей и гор, чем представ­лялось прежде. Вместе с тем в результате исследований по программе последнего Геофизического года улучшились пред­ставления и о мощности горных ледников. Известные рас­четы показали, что масса полярных и горных ледников состав­ляет 2 398∙10²² г (Shumskiy и др., 1964; Шумский, Кренке, 1965), или с округлением 24 млн. км³. Этот объем льда зани­мает площадь в 16,2 млн. км². Следовательно, средняя мощ­ность покровных ледников равна около 1500 м. На долю всех остальных льдов, по данным этих же авторов, приходится око­ло 250 тыс. км³, в том числе примерно 200 тыс. км³ грунтово­го льда (преимущественно зоны многолетней мерзлоты). Около 35 тыс. км³ морского льда и айсбергов входят в объем воды океана, а 1,6 тыс. км³ атмосферного льда - в объем паров атмосферы.

Наглядное представление об огромной массе ледников дают следующие цифры. Если бы весь лед растаял, то уровень океа­на повысился бы на 64 м, а его площадь возросла бы на 1,5 млн. км², а площадь суши соответственно уменьшилась бы на 1 %.

Объем озерной воды, казалось бы, вычислить не сложно: большие озера - каждое в отдельности, малые - приближенно, общим числом. Тем не менее современные представления об объеме воды озер нельзя считать вполне надежными. Отчасти это связано с отсутствием систематизированных данных о глу­бинах и площади больших озер, трудно также учесть объем во­ды в малых озерах (хотя последние составляют небольшую часть общего объема, поэтому неточности в их определении не­существенно повлияют на выводы). Кроме того, объем озер, особенно бессточных, - это существенно изменяющаяся величи­на. Например, площадь оз. Эйр в Австралии в многоводные периоды достигает нескольких тысяч квадратных километров, а в сухое время оно превращается в небольшой солончак; весь­ма изменчив объем оз. Чад; площадь Каспийского моря в пос­ледние десятилетия уменьшилась больше чем на 50 тыс. км², а его объем — приблизительно на 800 км³. Но неточности связа­ны также и с недостаточно полным статистическим учетом озер.

Данные Р. Нейса (Nace, 1964), определившего объем пресных озер в 125 тыс. км³ и соленых - в 105 тыс. км³, вероятно, несколько преуменьшены. Следует, по-видимому, при­нять объем в 275 тыс. км³, в том числе около 150 тыс. км³ воды приходится на проточные пресные озера и 125 тыс. км³ - на соле­ные. Кроме того, необходимо учесть и объем искусственных озер - водохранилищ. В качестве исходной величины для опре­деления их объема приняты данные по водохранилищам мира емкостью более 100 млн. м³, она составила 4100 км³ (Авакян, Овчинникова, 1971). Если учесть неполноту данных, неизбеж­ную при использовании литературных источников, а также объ­ем малых водохранилищ, то не будет, вероятно, сущест­венной ошибки, если принять объем всех водохранилищ в 5 тыс. км³.

В связи с увеличением озерной части гидросферы интересно определить, за счет каких других ее частей осуществляется этот процесс. Современный объем гидросферы стационарен, устой­чив, если не считать поступления в гидросферу в среднем до 1 км³ воды в год за счет дегазации мантии Земли - процесса исключительно важного для происхождения гидросферы в гео­логическом аспекте времени. Однако этот объем не имеет прак­тического значения для тех периодов, которые нас интересуют в связи с процессом круговорота и использованием вод в срав­нительно недалеком прошлом и через десятилетия в будущем. Таким образом, изменение объема одной ее части не может произойти без влияния на объем других.

Водохранилища наполняются водой речного стока, который не достигает океана. Отсюда следует, что рост объема озерной части гидросферы происходит за счет океана, теряющего соответствующий объем. Поэтому 5 тыс. км³ воды, собранной в водохранилищах, решают важные водохозяйственные задачи человечества, но не влияют сколько-нибудь заметно на океани­ческую часть гидросферы.

Несмотря на такой малый объем речных вод роль рек как путей сосредоточенного стока в круговороте вещества и энергии на зем­ном шаре очень велика. Реки связывают между собой материковое и океаническое звенья глобального круговорота воды на Земле.

Крупнейшему русскому климатологу А. И. Воейкову принадле­жит выражение «реки — продукт климата». В этом определении подчеркивается ведущая роль климатических условий в формиро­вании рек и их режима. Вместе с тем не следует забывать, что и другие компоненты природной среды (рельеф, почвы и расти­тельность, геологическое строение и др.), а также хозяйственная деятельность человека влияют на режим рек и формируют их при­родный облик.

Если, по образному выражению географов, вода — это кровь ландшафта, то реки — это кровеносная система ландшафта, пере­носящая вещество и энергию и преобразующая сам ландшафт.

В этой связи важнейшее значение приобретает понятие «сток». Сток в широком смысле (как его понимал известный гидролог С. Д. Муравейский) — это процесс стекания воды с водосборов вме­сте с содержащимися в ней веществами и теплотой. Поэтому реч­ной сток — важнейший элемент материкового звена глобального круговорота воды и веществ, а также мощный геологический агент, главнейший фактор, определяющий взаимосвязь между различны­ми объектами суши и гидросферы.

Что касается объема воды в руслах рек, то точно его опре­делить невозможно. Это вода в реках Земли протяжением в миллионы километров с размерами русел от нескольких метров до многих десятков километров. В результате приближенных расчетов, которые были произведены на основании общей про­тяженности речной сети, а также ширины и глубины рек, раз­деленных на три группы, я определил в 1940 г. общий объем воды в речных руслах в 1200 км³ (Львович, 1945). Относитель­но малые размеры “стационарного” запаса воды в реках удиви­ли меня и многих других гидрологов. До этой прикидки пред­ставлялось, что воды в реках гораздо больше - до сотен тысяч кубических километров. Это явилось своего рода открытием в гид­рологии, особенно интересным и важным при сопоставлении с речным стоком, в 30-40 раз большим единовременного запаса воды в руслах рек. Объем русловых вод в 1200 км³ впоследствии был принят Р. Нейсом (Nace, 1968). Правда, Г. П. Калинин (1968) считает возможным и объем русловых вод в 2 тыс. км³. По-мнению В.Н. Михайлова и А.Д. Добровольского (1991), единовременно во всех реках земного шара находится в сред­нем 2115 км³ воды, или 0,0002 % объема вод гидросфе­ры.

Эти примерные прикидки убеждают, что прежде принятая величина вряд ли заметно преуменьшена, хотя никто не отрицает возможность ее уточнения. Существенное зна­чение имеет порядок величины, установленный в общем правильно.

Почвенная влага отличается от грунтовых и подземных вод более тесной зависимостью от условий погоды. Во влажные се­зоны влаги в почве содержится много, в сухие сезоны она быст­ро расходуется на испарение. Кроме того, распределение и режим почвенной влаги связаны с биологическими процессами более тесно, чем грунтовые и подземные воды. Одна из харак­терных особенностей состава почвы - содержание в ней орга­нических веществ, которые сильно влияют на водные свойства почвенного покрова. Вода входит в состав почвы и наряду с содержанием гумуса является одним из элементов, характери­зующих ее плодородие. Поэтому биологическая продуктивность территории в значительной степени зависит от содержания вла­ги в почве. Избыток почвенной влаги приводит к заболачива­нию почвы, в результате чего культурные растения и леса на­ходятся в угнетенном состоянии.

Приближенный объем почвенной влаги прежде я оценивал в 65 тыс. км³, потом на основании содержания влаги в почве в различных зонах - в 75 тыс. км³ (Львович, 1964). Для этой цели была использована ограниченная информация, оправдан­ная задачей прикидочной оценки. Впоследствии результаты этих расчетов уточнялись в результате изучения водного балан­са суши, и в 1970 г. я ее оценивал в 82 тыс. км³ (Львович, 1970), а в 1971 г., обобщая новые результаты исследований ма­териков земного шара, пришел к выводу, что она близка к 85 тыс. км ³ (Lvovitch, 1971). Важно, что и этот элемент гидро­сферы впервые получил в общем правильную оценку, изменяв­шуюся в процессе усовершенствования расчетов в пределах от 65 до 83 тыс. км³, не считая увеличения почвенной влаги за счет орошения. Можно полагать, что для существенных даль­нейших уточнений осталось теперь меньше возможностей, хотя не следует забывать, что оценка запасов почвенной влаги, полу­ченная воднобалансовым методом, зависит от атмосферных осадков, количество которых в последнее время подвергается уточнениям, связанным с разнообразием конструкции осадкомеров в разных странах и поправками на потерю из них воды на смачивание сосудов, испарение и выдувание, особенно сне­говых осадков. При расчетах запасов почвенной влаги учиты­валось, что обмен этой части гидросферы продолжается один год. Это допущение вполне оправданно, поскольку почвенная влага находится в непосредственном обмене с атмосферой и легко подвержена испарению, чему способствует и ее расходо­вание на транспирацию. Что касается расходования части поч­венной влаги на питание подземных вод, то оно составляет око­ло 14% ее запасов и, как мы увидим, хорошо увязывается с другими элементами водного баланса.

При равномерном распределении почвенной влаги на пло­щади суши слой ее равен около 570 мм. Эта величина реальна, если учесть, что в природе она колеблется в весьма больших пределах - от нескольких миллиметров в почве пустынь до не­скольких метров в болотах. Здесь речь идет о естественных за­пасах почвенной влаги. Но на орошение, которое следует рас­сматривать как умножение ресурсов почвенной влаги, в настоя­щее время расходуется около 2 тыс. км³ главным образом реч­ных и отчасти подземных вод. Таким образом, общий объем почвенной влаги, включая воду, расходуемую на орошение, составляет 85 тыс. км³. Но, может быть, увеличение объема почвенной влаги в результате орошения происходит за счет ка­кой-либо другой части гидросферы? Это могло произойти толь­ко в том случае, если для орошения брались бы стационарные запасы подземных вод, не возобновляемые в процессе кругово­рота. Такие подземные воды используются на орошение в неко­торых районах, но объем их изъятий для этой цели невелик.

В орошаемом земледелии расходуются главным образом подземные воды, активно участвующие в круговороте воды и возобновляемые в его процессе. Например, в Индии, как это автор наблюдал во время его поездок по этой стране, орошение подземными водами производится преимущественно в тех слу­чаях, когда они питаются не только за счет фильтрации осад­ков, но также и оросительной воды. В таких случаях использо­вание подземных вод, требующее их откачки, позволяет избежать заболачивания орошаемых полей. Для борьбы с этим неблагоприятным явлением потребовался бы искусственный дренаж с густой сетью осушительных канав. Но вместо него вполне обоснованно практикуется откачка грунтовых вод с ис­пользованием их для орошения.

В целом за счет подземных вод, возо<