Роль воды в природе и обществе. Практическое значение гидрологии

Половодье — это фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях в один и тот же сезон и характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и продолжительным подъемом уровня воды. Оно часто сопровождается выходом воды на пойму; формируется как талыми снеговыми, так и дождевыми водами.

Паводок — это фаза водного режима, которая может многократно повторяться в различные сезоны года и характеризуется интенсивным, обычно кратковременным увеличением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. В отдельных случаях расход воды паводка может превышать расход воды половодья, в особенности на малых реках. В отличие от половодья паводки обычно менее регулярны и трудно предсказуемы. Поэтому именно неожиданные дождевые паводки и приводят нередко к катастрофическим последствиям.

Межень — это фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в один и тот же сезон, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствие уменьшения питания реки. В межень реки обычно питаются только за счет подземных вод.

Вопросами классификации рек по водному режиму занимались многие исследователи.

Классификации рек по видам питания А. И. Воейкова и М. И. Львовича являются, по существу, также классификациями рек и по водному режиму.

А. И. Воейковым были выделены области, где реки получают питание преимущественно:

• от таяния сезонного снега и ледников;
• от дождей;
• постоянных водотоков нет.

М. И. Львовича классификация рек по источникам, или видам питания:

• Если один из видов питания дает более 80 % годового стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (другие виды питания не учитываются).
• Если на долю данного вида питания приходится от 50 до 80 % стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды питания учитываются лишь, если на их долю приходится больше 10 % годового стока).
• Если же ни один из видов питания не дает больше 50 % годового стока, то такое питание называют смешанным.

П. С. Кузин предложил свою классификацию рек с учетом характера их питания и водного режима. Все реки им подразделены на три типа (внутри трех типов выделены еще 14 подтипов):

• с половодьем (снеговое питание),
• с половодьем и паводками (снеговое и дождевое питание),
• с паводками (дождевое питание).

Б. Д. Зайкова широко распространена довольно простая классификация рек по водному режиму:

15. Влияние водохранилищ на речной сток, на растительный и животный мир.

Водохранилища замедляют водообмен в гидрографической сети речных бассейнов. Сооружение водохранилищ всегда ведет к уменьшению как стока воды вследствие дополнительных потерь на испарение с поверхности водоема, так и стока наносов, биогенных и органических веществ вследствие их накопления в водоеме.

Сооружение водохранилищ приводит к существенным потерям стока. По расчетам А. А. Соколова, процент уменьшения речного стока в результате сооружения водохранилищ возрастал по территории европейской части бывшего СССР с севера на юг и достигал максимума в засушливых районах Средней Азии.

Существенно уменьшается сток наносов рек. Уменьшение стока наносов рек вследствие их отложения в водохранилищах может вызвать нарушение баланса наносов в устьях рек и стимулировать частичное волновое разрушение морского края дельты

Выравнивающее воздействие водохранилищ на температуру воды в реке. Влияние водохранилищ на термический и ледовый режим рек в целом аналогично влиянию озер.

Затопление и подтопление земель, повышению уровня грунтовых вод, способствующих заболачиванию земель.

Изменение микроклиматических условий (выравниванию внутригодовых колебаний температуры воздуха, усилению ветра, некоторому увеличению влажности воздуха и атмосферных осадков).

Волновой размыв берегов.

Изменяется почвенно-растительный покров на затопленных и подтопленных землях. Влияние водохранилищ распространяется на сопредельную территорию, приблизительно равную по площади самому водохранилищу. В результате сооружения водохранилищ часто ухудшаются условия прохода на нерест многих пород рыб; ухудшается качество воды вследствие возникновения в некоторые периоды года дефицита кислорода в придонных слоях, накопления солей и биогенных веществ, «иветения воды». Считают также, что сооружение водохранилищ может привести к увеличению сейсмичности района.

Таким образом, водохранилища оказывают довольно сложное и неоднозначное воздействие и на режим рек, и на природные условия сопредельных территорий. Давая несомненный положительный экономический эффект, они нередко вызывают и весьма негативные экологические последствия.

16. Важное значение при этом имеют мероприятия, осуществляемые в процессе создания и эксплуатации водохранилища с целью предотвращения нежелательных последствий и максимального использования положительного эффекта от создания водохранилища. К таким мероприятиям относятся: инженерная защита от затопления территорий и объектов (населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, предприятий, мостов и т. д.); переселение жителей, перенос предприятий, дорог и т. д.; очистка ложа водохранилища от леса и кустарников, создание водоохранных зон; восстановление лесных, рыбных, охотничьих и других ресурсов; транспортное, рыбохозяй ственное, рекреационное и другое освоение водоема; инженерное обустройство акватории и береговой зоны водохранилища и т. д. 
    Водные экосистемы, их абиотические и биотические компоненты. Проблемы устойчивости и уязвимости водных экосистем.

Водные экосистемы. Понятие «экосистемы», в частности водные, неразрывно связано с представлением об экологии как комплексе наук: экосистемы — это предмет изучения экологии.

Поэтому водную экосистему (т. е. экосистему, в структуре и функционировании которой ведущая роль принадлежит воде) следует рассматривать как систему, состоящую из трех самостоятельных, но активно взаимодействующих компонентов:

абиотическая часть водной экосистемы, т. е. вода с содержащимися в ней растворенными (включая газы) и взвешенными веществами, грунты дна и берегов водных объектов;

биотическая часть экосистемы, т. е. все гидробионты и их комплексы — биоценозы;

человеческое общество и его хозяйственная деятельность.

Современные подходы к оценке устойчивости и уязвимости водоемов к изменению параметров режимов разработаны, в основном, на основе балльно-индексного метода, в основу которого положены различные классификации А.М. Владимирова и др. (1991); В.В. Снакина и дp. (1992); А.Л. Ресина и др. (1992); В.В. Дмитриева (1995, 1997). Параметры уязвимости и устойчивости водных экосистем объединены авторами в балльно-индексную систему, которая учитывает региональные особенности водных объектов и дает возможность в пределах изменения заложенных в них параметров, провести сравнительную оценку уязвимости водных объектов к воздействию.

Лишь в начале 2000 –х гг. появились новые идеи, основанные на многокритериальных оценках устойчивости и на основе построения интегральных показателей устойчивости (Дмитриев, 2000; Дмитриев, Фрумин, 2004; Дмитриев, Гальцова, 2007).

Устойчивость водных объектов к изменению параметров естественного режима определяется морфометрическими особенностями водного объекта, физико-географическими и климатическими условиями, гидрологическим режимом. Анализ изменения параметров антропогенного режима способствует выявлению устойчивости к антропогенному эвтрофированию или устойчивости к изменению качества воды.

17. Наиболее высокой устойчивостью к изменению параметров естественного и антропогенного режимов обладают крупные и (или) высокопродуктивные водные объекты, находящиеся в оптимальных условиях формирования водности и крупные и (или) сильно загрязненные водные объекты, находящиеся в оптимальных условиях формирования качества воды. 
    Антропогенные воздействия на природные воды.

Действие человека как экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и всеобщего, т.е. планетарного, влияния, как человек, хотя это наиболее молодой фактор из всех действующих на природу. Влияние антропогенного фактора постепенно усиливалось, начиная от эпохи собирательства до наших дней, эпохи научно-технического прогресса и демографического взрыва.

Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает такие основные категории:

1. Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания). В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания — выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.
2. Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа "доза — эффект", токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).
3. Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.
4. Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) — люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, околоземное пространство); изделия и сооружения.

Влияние антропогенного фактора в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным.

Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Главными его источниками служат:

• сточные воды промышленных предприятий;
• сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов;
• стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов;
• атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоемов и водосборных бассейнов. Кроме этого неорганизованный сток осадков (ливневые стоки, талые воды) загрязняет водоемы техногенными терраполлютантами.

Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете.

18. Кроме химического загрязнения водоемов определенное значение имеют также механическое, термическое и биологическое загрязнение. Для определения опасности нарушений поверхностных природных водоемов важен еще и объем безвозвратного водопотребления. В основе оценки опасности всех видов нарушений лежит общий принцип, основанный на определении объемов загрязненных стоков и размеров превышений их нормативных уровней. 
    Пути и способы восстановления качества воды.

Техногенные загрязнения водоемов нефтепродуктами, хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками приводят к нарушениям естественной жизнедеятельности гидроэкосистемы, его эвтрофикации, уменьшению биологического разнообразия и делает водоем опасным для прибрежных экосистем и невозможным использовать для отдыха. Эти загрязнители накапливаются в донных отложениях водоемов. В течение летнего сезона донные осадки прогреваются и микроорганизмы илов высвобождают эти вещества, которые немедленно вызывают цветение микроводорослей. Бурное цветение водорослей приводит к быстрому истощению запаса биогенов, а это приводит к массовой гибели микроводорослей, которым не хватает для питания биогенов. Разложение огромного количества органического вещества водорослей за короткий период времени ведет к падению концентрации растворенного в воде кислорода, а это вызывает замор рыбы и, как итог, приводит к гниению воды. Кроме того, цветение водоема, вызванное синезелеными водорослями, делает водоем слишком ядовитым для большинства организмов.

Традиционные методы борьбы с биогенным загрязнением очень дороги и не всегда возможно их применение. Для восстановления прудов и небольших озер обычно применяется механическая очистка: сперва откачивают воду, затем механически удаляют донные осадки, после чего, выстилают дно специальной водоупорной глиной - если это необходимо, покрывают дно песком и гравием и вновь наполняют водоем водой. Этот очень дорогой, но радикальный метод имеет ряд недостатков. Многие водоемы не могут быть очищены таким способом, поскольку иногда бывает невозможно откачать воду из большого озера или из озера питающегося подземными водами, а в иных случаях нежелательно применение тяжелой техники на водоемах старинных исторических парков и др. В таких случаях возможен комплексный подход к очистке водоема, или иными словами – восстановлению его экосистемы. Например, возможно создание циркуляции воды, удаление донных осадков, насыщение воды кислородом, искусственное изменение видового состава микроорганизмов и т.д.