Еще в 90-х годах прошлого столетия в результате исследований А. И. Воейкова и В. В. Докучаева были заложены основы современной теории гидрологии как раздела географических наук. Несколько раньше, в конце 70-х годов, в России была начата организация фундаментальной сети гидрологических станций. Сначала ее размещение и программа работ подчинялись преимущественно интересам речного судоходства, с развитием которого были связаны гидрологические (в основном описательные, картографические) исследования рек и озер, проводившиеся на протяжении предшествовавших столетий. К 1917 г. гидрологическая сеть России состояла примерно из 1000 станций, в числе которых были и созданные по инициативе В. Г. Глушкова станции на несудоходных малых и горных реках, использовавшихся для орошения и других целей.
На основе работы этой сети в конце XIX — начале XX в. стали появляться данные многолетних гидрологических наблюдений, служивших основой для первых обобщающих гидрологических работ по отдельным речным бассейнам, озерам и районам: по Волге (М. А. Рыкачев, С. Н. Никитин, Н. Н. Соколов и др.), по Днепру (Н. И. Максимович, Е. В. Оппоков), по Оке (Е. А. Гейнц), по рекам Средней Азии (В. Г. Глушков), по Аральскому морю (Л. С. Берг), по рекам запада и юга России (И, И. Жилинский), по Енисею (Е. В. Близняк) и др. Наряду с региональными работами существенное влияние на дальнейшее развитие гидрологической науки оказали теоретические и методические исследования. К числу наиболее важных из них относятся упомянутые выше географо-гидрологические исследования А. И. Воейкова и В. В. Докучаева, теоретические исследования элементов водного баланса Э. М. Ольдекопа, изучение взаимодействия вод, почвы и растительности F. Н. Высоцкого, работы Н. Е. Долгова по теории формирования паводков, первые исследования динамики речного русла (Н. С. Лелявский и В. М. Лохтин), по вопросам ледового режима рек (М. А. Рыкачев, В. Е. Тимонов), по гидрологическим прогнозам (В. А. Макаров, В. Г. Клейбер), по проблеме антропогенных изменений речного стока (А. И. Воейков, В. В. Докучаев, А. А. Измаильский) и т. д.
В первом номере журнала «Гидрологический вестник», который стал издаваться в 1915 г., была опубликована статья В. Г. Глушкова «О гидрологии», определявшая предмет и рамки гидрологической науки. В этой статье гидрология впервые была обрисована как комплексная наука, «изучающая жизнь воды на земном шаре» в трех ее сферах — в атмосфере, на поверхности и в недрах земли, общие свойства воды и связанные с ней процессы, типичные явления в жизни воды, причинные связи и их взаимодействие с различными комплексами внешних условий.
Однако идею комплексной гидрологии было трудно реализовать в условиях царской России, поскольку теоретическая мысль в области гидрологии, как и ряда других наук о Земле, за исключением гидрологического обеспечения судоходства, намного опережала в дореволюционное время развитие гидрологических исследований, связанных с удовлетворением запросов практики. Ликвидация этого разрыва — характерная черта развития науки в советское время.
Развитие гидрологических исследований в советское время. В первые же годы после Великой Октябрьской социалистической революции, в 1919 г., по инициативе Академии наук СССР был основан Государственный (прежде Российский) гидрологический институт, воплотивший в жизнь идеи гидрологии как комплексной науки. Этот институт объединял лучшие силы гидрологов и развернул методические работы по гидрологическим прогнозам, исследованию ледового режима, динамике подземных вод по водному режиму рек и озер, по морским гидрологическим исследованиям, гидрохимии, гидродинамике, развитию методов гидрометрии и др.
Начало гидрологических исследований советского времени охватывает годы гражданской войны и первые годы мирного строительства примерно до 1928—1930 гг. Прежде всего этот период характеризуется участием гидрологов (В. Г. Глушков, Е. В. Близняк и др.) в разработке и осуществлении плана ГОЭЛРО. Работа в этом направлении потребовала составления гидроэнергетического кадастра страны; такие работы были организованы в КЕПС’е АН СССР и велись под руководством В. Г. Глушкова. Очень важным событием в развитии гидрологии в этот же период явилось начало подготовки специалистов-гидрологов высокой квалификации. Первая кафедра гидрологии была основана в 1923 г. в Географическом институте, который в 1925 г. вошел в состав Ленинградского университета. При географическом факультете ЛГУ на протяжении ряда лет существовало гидрологическое отделение, реорганизованное впоследствии в кафедру гидрологии. Первые довольно многочисленные выпуски специалистов-гидрологов из Ленинградского университета относятся к 1929 и 1930 гг. Впоследствии кафедры гидрологии были открыты при географических факультетах Московского, Киевского, Ташкентского и других университетов. В 1930 г. в Москве было основано первое гидрометеорологическое учебное заведение (ныне Ленинградский гидрометеорологический институт), затем такой же институт был открыт и в Харькове (ныне Одесский гидрометеорологический институт).
Конкретные гидрологические исследования в начале советского периода в значительной мере были направлены на ликвидацию «белых пятен» — первоначальное обследование речных систем и озер малоизученных территорий. В то же время началось развитие гидрологических работ, связанных с первыми стройками Советского государства. Исследования большого масштаба и вместе с тем выдающиеся по своей глубине и тщательности проводились под руководством В. М. Родевича в бассейне р. Волхова в связи со строительством первенца ГОЭРЛО Волховской ГЭС. Результаты их были
освещены в многотомном издании «Материалы по исследованию р. Волхова и его бассейна» (Л., 1924—1928). К тому же времени относится начало строительства Днепрогэса, в связи с которым крупные гидрологические работы были развернуты на Днепре.
Отличительная черта следующего, основного, периода истории советской гидрологии, начавшегося в конце 20-х годов, состоит в том, что гидрологическая наука в основном развивалась в связи с решением практических задач первых пятилеток. Гидрологи в это время решили много сложных вопросов, касающихся больших строек страны (Кузбасс, Магнитогорск, Караганда, развитие Донбасса, строительство Беломорско-Балтийского канала и канала им. Москвы, строительство гидростанций на Свири, оросительных систем и гидростанций в Закавказье и в Средней Азии, строительство на Дальнем Востоке и т. д.).
Одним из ярких примеров такого рода являются гидрологические изыскания на Турксибе. На гидрологов было возложено решение двух задач, связанных с этой стройкой: расчет отверстий железнодорожных мостов на пропуск паводков и водоснабжение железнодорожных станций.
Работы велись в условиях почти не изученного в гидрологическом отношении района. Тем не менее «методическая вооруженность», особенно первые шаги применения географо-гидрологического метода, позволили отказаться от использования необоснованных для данного района расчетных норм и решить эту задачу фундаментально и с большой выгодой. Экономия, достигнутая в результате участия гидрологов в изысканиях Турксиба, была определена в то время в 6—7 млн. руб.
Первые же годы развития советской гидрологии характеризуются также углубленными методическими исследованиями, положившими начало стоковым (экспериментальным) станциям, идея создания которых была выдвинута М. А. Великановым; появились первые долгосрочные прогнозы водного режима рек, составленные В. Н. Лебедевым в Гидрологическом институте анкетным методом для Днепра, Дона, Волги, Невы, Северной Двины, а также для рек Средней Азии (Л. К. Давыдов). Заслуживают внимания также ледовые исследования, особенно исследования «донного» (внутриводного) льда (В. Я. Альтберг).
Гидрологическое обоснование планов развития народного хозяйства и крупных строек потребовало систематизации и обобщений всех гидрологических материалов. В связи с этим Гидрологическим институтом при участии других учреждений Гидрометеослужбы и других ведомств было предпринято составление Водного кадастра СССР (1930—1940 гг.). Это грандиозное издание объемом свыше 7 тыс. печатных листов включает все гидрологические данные по территории СССР с начала наблюдений по 1935 г. включительно. Продолжением Водного кадастра явились издаваемые Гидрометеослужбой гидрологические ежегодники, а также вновь предпринятые работы по составлению Водного кадастра, включающего материалы и за последующие 25 лет.
Однако задачи гидрологического проектирования решались еще до появления Водного кадастра. Существенная роль в этом отношении принадлежала Справочникам по водным ресурсам СССР, а также работам отдельных авторов, в числе которых особого упоминания заслуживает Д. И. Кочерин, опубликовавший еще в 1927—1929 гг., т. е. в конце первого периода исследований, ряд трудов, посвященных обобщениям годового стока, максимальных паводковых расходов, минимального стока и других элементов гидрологического режима. Эти работы в течение ряда лет служили основой для гидрологического проектирования в Европейской части СССР. Несколько позже вышли в свет обобщающие гидрологические работы Д. Л. Соколовского и Б. Д. Зайкова и других авторов, широко использовавшиеся в практике гидрологических расчетов.
В связи с вопросами планового хозяйства большое внимание уделялось гидрологическим прогнозам, которые вначале были связаны с такими крупными водохозяйственными проблемами, как орошение в Средней Азии, строительство Волховской и Днепровской ГЭС. В дальнейшем в Гидрологическом институте был открыт (1937—1941 гг.) большой сектор гидрологических прогнозов, на базе которого была организована всесоюзная служба гидрологических прогнозов. Разработанные в СССР методы прогнозов касаются всех элементов гидрологического режима: паводков (Е. В. Берг, Г. П. Калинин, В. Д. Комаров, М. И. Львович, В. А. Назаров, Е. Г. Попов и др.), меженного стока и водности горных рек (А. Н. Важнов, Э. В. Джорджио, В. Л. Шульц и др.), вскрытия и замерзания рек (Г. Р. Брегман, Л. Г. Шуляковский и др.) и других элементов гидрологического режима. Значительную роль в повышении качества прогнозов сыграл разработанный в 1939 г. метод оценки оправдываемости гидрологических прогнозов, стимулировавший повышение их точности.
В этот же период успешно стали развиваться экспериментальные стоковые станции — Тосненская и Валдайская (Гидрологический институт), Придеснянская и Новосильская (в системе Агролесомелиорации), ряд лесогидрологических, водоохранных станций (Институт лесного хозяйства), а также агрогидрологические наблюдения, организованные Управлением Большой Волги.
Большие успехи были достигнуты в изучении паводков (М. А. Великанов, В. Г. Глушков, Г. А. Алексеев, Г. П. Калинин и др.), эрозионных процессов и динамики речного русла (М. А. Великанов, В. Г. Глушков, В. М. Маккавеев, Н. И. Маккавеев и др.), в гидрофизических исследованиях — испарения с водной поверхности (В. К. Давыдов, Б. Л. Зайков и др.), ледового режима (В. Я. Альтберг, Е. В. Близняк, Б. П. Вейнберг, Ф. И. Быдин, Б. В. Проскуряков и др.), режима снежного покрова и снеготаяния (Г. Д. Рихтер, П. П. Кузьмин и др.).
Значительную роль в познании географических закономерностей гидрологического режима сыграли обобщающие работы по стоку рек СССР (В. Д. Зайков, Б. В. Поляков и др.) и по стоку рек и типологии режима рек земного шара (М. И. Львович), по твердому стоку (Д. И. Абрамович, Г. В. Лопатин и Г. И. Шамов и др.), по гидрохимии речных вод (В. И. Вернадский, О. А. Алекин и др.), по гидрологии леса (А. Д. Дубах, В. И. Рутковский и др.), по гидрологии болот (А. Д. Дубах) и т. д.
Большие работы проводились по изучению озер — Онежского, Байкала, Севана, Телецкого, Каспийского моря.
Наряду с вышеуказанными исследованиями много внимания уделялось поискам методического и теоретического характера. В. Г. Глушковым была выдвинута плодотворная идея географо-гидрологического метода, частично уже осуществлявшаяся в некоторых из упомянутых выше гидрологических исследований. Тогда же появились первые теоретические работы А. А. Григорьева по проблеме географической зональности, в основе которой была положена идея о соотношениях тепла и влаги. Значительный интерес представляли идеи С. Д. Муравейского о гидрологическом комплексе и о роли почвенного покрова как гидрологического фактора и ряд других теоретических и методических исследований. Широкое применение в гидрологии получили приемы вероятностной статистики (С. Н. Крицкий, М. Ф. Менкель, Д. Л. Соколовский и др.). В то же время проводилась большая работа по организованному объединению гидрологических исследований. Была создана Гидрометеослужба с системой районных управлений и научно-исследовательских институтов. Организационно окрепла сеть гидрологических станций, количество которых почти в 3,5 раза увеличилось по сравнению с дореволюционной сетью, но главное заключалось в том, что станции начали работать по более широкой единой программе и методике. Было организовано массовое производство гидрологических приборов, ранее ввозившихся преимущественно из других стран. Объем гидрологических исследований очень быстро возрастал, появилось большое число гидрологических ячеек вне системы Гидрометеослужбы, особенно в производственных, проектных учреждениях. Возросло число гидрологических ячеек в Академии наук СССР: Лаборатория гидрогеологических проблем им. Саваренского, Отдел гидрологии Института географии АН СССР, Лаборатория озероведения, Совет по проблемам водного хозяйства, Институт гидрохимии и др. Весьма значительно увеличилось число проектных учреждений, проводивших гидрологические изыскания и разрабатывавших гидрологическую часть проектов гидротехнических сооружений и мелиоративных мероприятий.
В годы Отечественной войны гидрологи, принимая непосредственное участие в военных действиях, используя свои знания и опыт, внесли посильный вклад в дело победы над врагом.
С их помощью и при их непосредственном участии разрабатывались и проводились боевые операции, связанные с форсированием водных преград, преодолением озерных и заболоченных территорий. Они обеспечивали наступающую Советскую Армию чрезвычайно ценными гидрологическими прогнозами на территорию, еще занятую врагом.
После окончания войны гидрологи принимали участие в проектно-изыскательских работах, связанных с восстановлением разрушенных гидротехнических сооружений, возобновлением судоходства на реках и другими мероприятиями. Требовали внимания и ремонтно-восстановительные работы на сети гидрологических станций, большая часть которых в прифронтовой полосе была разрушена. Одновременно осуществлялась перестройка научно-исследовательских работ на мирные рельсы: восстанавливались гиппологические лаборатории и экспериментальные станции, расширялась подготовка специалистов-гидрологов высшей и средней квалификации.
Одновременно с восстановительными работами во второй половине 40 — начале 50-х годов разрабатывались планы по дальнейшему развитию народного хозяйства. Особое внимание в этот период уделялось проектированию и подготовке к строительству каскада волжско-камских и днепровских гидроэлектростанций, строительству Волго-Донского канала и Цимлянской ГЭС на Дону, продолжению строительства гидростанций в Закавказье и в Средней Азии, завершению строительства крупнейших оросительных каналов — Большого Ферганского, Северо-Ферганского и др. Эти работы требовали участия гидрологов; таким образом, общий объем инженерно-гидрологических работ в эти годы непрерывно возрастал.
Все это поставило перед гидрологией, как и перед всей географической наукой, ряд новых важных задач, решение которых потребовало дальнейшего развития гидрологических исследований географического направления. Особенно успешно такие исследования развивались в связи с вопросами конкретного осуществления агролесомелиоративных мероприятий. Требовался, однако, и общий прогноз преобразованного гидрологического режима, а в связи с ним и всего комплекса природных условий.
Начиная с 1948 г. изучение гидрометеорологической роли полезащитных лесонасаждений и других агромелиоративных мероприятий было широко развернуто в Гидрологическом институте, Главной Геофизической обсерватории и Институте географии АН СССР.
В Гидрологическом институте был открыт Отдел сельскохозяйственной гидрологии, проводивший полевые экспериментальные исследования, некоторые из них совместно с Главной Геофизической обсерваторией. Был предложен новый принцип размещения полезащитных лесонасаждений, обеспечивающий наиболее высокое защитное действие полос. Был также составлен первый прогноз гидрологической эффективности плана агролесомелиоративных мероприятий (М. И. Львович). Теория оценки гидрометеорологической эффективности лесных полос разрабатывалась также Д. Л. Армандом, М. И. Будыко, О. А. Дроздовым, М. И. Юдиным, А. Р. Константиновым, С. А. Сапожниковой и другими. Решение всех этих задач способствовало развитию гидрологических исследований географического направления, в которых вода рассматривалась как экологический фактор ландшафта и изучалась во взаимодействии с другими компонентами природы.
Развитие гидрологических исследований во второй половине 40-х и в 50-х годах отличалось еще одной особенностью, связанной с общей организацией гидрологических работ: происходило некоторое разобщение между разделами гидрологической науки — речной гидрологией, озероведением, гидрогеологией и океанологией. Как уже указывалось выше, до Отечественной войны комплекс гидрологических исследований в основном обеспечивался Гидрологическим институтом, в котором были представлены все перечисленные выше разделы гидрологии и развивались основные направления гидрологических исследований — географическое, геофизическое, гидрохимическое, гидробиологическое; разрабатывались методы гидрологических прогнозов и методы инженерных гидрологических расчетов. Большой объем гидрологических работ, многообразие решаемых задач и некоторые особенности отдельных разделов гидрологии и направлений исследований послужили основанием для дифференциации гидрологии как по содержанию исследований отдельных ее дисциплин, так и по организационным формам. Уже во время Отечественной войны из числа работ Гидрологического института отделились океанологические исследования, работы по гидрологическим прогнозам и по приборостроению. В системе Гидрологической службы и в системе Академии наук СССР продолжали развиваться гидрогеологические и океанологические исследования, в Академии наук СССР — лимнологические исследования и научные работы по почвенной гидрологии; в ряде ведомственных проектных учреждений проводились инженерно-гидрологические работы, особенно значительные по объему в области гидроэнергетики.
Дифференциация наук, как известно, носит прогрессивный характер. В общем, положительный характер это имело и в гидрологии, но следует учитывать, что дифференциация гидрологической науки породила и некоторую разобщенность в развитии исследований по отдельным гидрологическим дисциплинам. По этой причине возросла роль гидрологических исследований комплексного, географического направления.
Современный период гидрологических исследований начался примерно в середине 50-х годов. Он характеризуется следующими основными чертами. В связи с развертыванием крупных гидротехнических строек в Сибири центр инженерно-гидрологических работ переместился на восток страны. Начали проявляться некоторые последствия осуществленных гидротехнических строек, в частности, создания больших водохранилищ на Волге, Каме, Дону, Днепре. В связи с этим потребовалось проведение новых гидрологических исследований, особенно по деформации берегов водохранилищ, выяснению экологических условий обитания рыбы и ее нереста в них. Возник ряд других вопросов, которые необходимо было срочно изучить и сделать соответствующие практические выводы.
Начатые ранее гидрологические исследования горных стран — Кавказа (Б. Д. Зайков), Средней Азии (В. Л. Шульц) — в последние годы получили большое развитие; в них приняли участие, кроме указанных ученых, и другие специалисты (В. Д. Быков, Л. А. Владимиров, С. Г. Рустамов и др.). К числу крупных научных событий современного периода относятся подготовка и издание серии гидрологических карт в Физико-географическом атласе мира.
Большое количество экспериментальных данных позволило создать целый ряд крупных обобщающих работ в самых различных областях географо-гидрологической науки: в области теплового и водного баланса территории (А. А. Григорьев, М. И. Будыко, В. А. Троицкий, М. И. Львович), осадков (О. К. Дроздов), речного стока (К. П. Воскресенский) и факторов его формирования и преобразования (В. Д. Комаров, И. А. Кузник, М. И. Львович, П. П. Кузьмин, Е. Г. Попов), испарения (А. Р. Константинов, Л. Р. Струзер, А. И. Будаговский и др.), питания рек (Л. А. Владимиров, Б. И. Куделин, О. П. Щеглова), гидрологии озер (Б. Б. Богословский, Л. Л. Россолимо) и болот (К. Е. Иванов, В. В. Романов), русловым процессам (М. А. Великанов, И. В. Попов). В трудах Г. П. Калинина, В. Д. Комарова, Б. А. Аполлова и других получили свое дальнейшее развитие методы прогнозов.
Для современной гидрологии характерен огромный размах работ прикладного, инженерного направления, связанных главным образом с гидротехническим строительством. Эти работы носят изыскательский и проектный характер, и мы не касаемся их в настоящем очерке.
Перспективное планирование использования водных ресурсов и проблемы гидрологических исследований. Особо надо отметить большие работы по составлению перспективного плана использования и охраны водных ресурсов, проводимых Гидропроектом при участии также других научных и проектных организаций.
Перспективное планирование использования водных ресурсов породило в гидрологической науке ряд чрезвычайно важных вопросов, от решения которых зависят характер и эффективность всего водного хозяйства и связанных с ним отраслей народного хозяйства в течение предстоящих десятилетий. Речь идет о проблемах принципиального, методологического характера. Эти проблемы не появились внезапно в текущем периоде, а, Как теперь видно, назревали в течение всей истории развития гидрологии. Таким образом, они относятся ко всему советскому периоду развития гидрологии и касаются важнейших вопросов обеспечения человека в будущем водными ресурсами. В тех или иных аспектах эти проблемы возникают и в других странах, что свидетельствует о неслучайном их характере.
В последние годы получены первые результаты исследований, связанных с созданием научных основ перспективного планирования использования и охраны водных ресурсов. К числу этих работ географического направления относятся развернутые в Институте географии АН СССР исследования водного баланса СССР и земного шара в целом. Они основаны на вновь разработанном комплексном дифференцированном методе изучения водного баланса территории и впервые позволили оценить не только речные водные ресурсы, но также и возобновимые ресурсы подземных вод и почвенной влаги (М. И. Львович, А. М. Грин, Н. Н. Дрейер). В связи с тем, что перспективное планирование должно исходить из водных ресурсов будущего, а не из их состояния за прошлое время, как это практиковалось прежде, разработан прогноз водных ресурсов на близкую и частично отдаленную перспективу.
В связи с необходимостью в улучшении использования водных ресурсов в Институте географии АН СССР были разработаны новые принципы составления перспективного водохозяйственного баланса.
Некоторым из этих проблем мы посвятим заключительную часть настоящего очерка.
Основное требование к перспективному плану развития водного хозяйства — комплексное использование водных ресурсов, имея в виду, что рациональное планирование должно исходить из комплекса природного, т. е. обнимающего все источники водных ресурсов — подземные воды, ресурсы почвенной влаги — и их взаимосвязь с другими компонентами природы — геологией, почвами, растительностью, — обусловленными круговоротом воды, а также комплекса хозяйственного, предусматривающего использование вод в интересах всех отраслей народного хозяйства.
Выдвинутые Институтом географии АН СССР предложения по перспективному планированию использования водных ресурсов на указанной выше комплексной основе в наиболее общих чертах заключаются в следующем.
1. Учет водных ресурсов производится балансовым методом, раскрывающим литогенное звено круговорота воды, т. е. возобновимые ресурсы, а в некоторых случаях вековые запасы подземных вод и ресурсы почвенной влаги.
2. Серьезное внимание должно быть обращено на использование ресурсов почвенной влаги как одного из наиболее важных источников водных ресурсов, обеспечивающих производство растительной массы. Важно, что под влиянием мер по повышению продуктивности земледелия уменьшается паводочная часть речного стока при некоторой тенденции увеличения устойчивой части речного стока подземного происхождения.
3. При планировании водных ресурсов следует исходить из водных ресурсов, ожидаемых в перспективе, т. е. с учетом их преобразования агролесомелиоративными мерами. Прогноз будущего водного баланса, как показывает опыт, вносит существенные коррективы в представление о состоянии водных ресурсов некоторых районов, установленных обычными статистическими приемами на основании данных наблюдений за прошлые годы.
4. Исследование вековых и внутривековых циклических (ритмических) колебаний водности рек показывает, что в некоторых случаях при перспективном планировании использования водных ресурсов нужно учитывать тенденцию этих колебаний. Это особенно важно в связи с тем, что в настоящее время мы находимся на спаде увлажненности (А. В. Шнитников). Важно изучить, как эта закономерность может повлиять на содержание перспективных планов использования водных ресурсов.
Другая важная проблема гидрологии — активное воздействие на водный баланс территории, в первую очередь пахотных земель районов, где земледелие страдает от недостатка почвенной влаги. Этот дефицит обусловлен не только общей засушливостью, недостатком атмосферных осадков, а также в значительной мере некоторыми неблагоприятными чертами водного баланса — потерями воды на поверхностный сток за счет сдувания снега с полей и в результате расходования огромного количества воды на непродуктивное испарение. Наши приближенные расчеты, основанные на экспериментальных исследованиях водного баланса, показывают, что общие потери со всех пахотных земель зон недостаточного и переменного увлажнения СССР (150 млн. га) составляют около 220 км3, что почти соответствует объему годового стока р. Волги и составляет 60% от приходной части водного баланса за период вегетации.
Из этого огромного резерва, которым может располагать земледелие с помощью агротехнических и агролесомелиоративных мероприятий, вполне реально можно дополнительно использовать по крайней мере 80 км3 и уменьшить потери до 140 км3, или до 40 % от приходной части водного баланса. Это в значительной мере уменьшит зависимость сельского хозяйства засушливых районов от природной стихии и увеличит урожай зерновых, особенно в сочетании с применением удобрений и других мероприятий по интенсификации земледелия. Можно ожидать, что при совместной работе агрономов, гидрологов, физиков и химиков будут открыты новые физико-химические приемы воздействия на важные факторы водного баланса пахотных земель — инфильтрационную способность почвенного покрова и на структуру испарения. Эти приемы явятся важным дополнением к современным агротехническим и агролесомелиоративным способам регулирования водного баланса. К активным воздействиям на водный баланс относится также магазинирование подземных вод. Эта проблема решается в некоторых засушливых районах страны (В. Н. Кунин), но она имеет все основания для более широкого распространения, в том числе и на увлажненные районы, где качество поверхностных вод не удовлетворяет требованиям водоснабжения, а естественные запасы подземных вод недостаточны для удовлетворения нужд народного хозяйства.
Третья проблема, тесно связанная с предыдущей, — это борьба с эрозией. Смыв почвы и образование оврагов наносят огромный ущерб сельскому хозяйству: снижается плодородие почвенного покрова, а в некоторых случаях уменьшается площадь пашни. Это грозное явление имело более широкое развитие в период доколхозного земледелия, когда в ряде районов страны, например, в центральночерноземных районах, не применялась зяблевая пахота, а весенний сток, весьма значительный со стерни, служил основной причиной эрозии. Этому способствовала мелкополосица при преобладающем расположении полей вдоль склона, с огромным количеством меж, вдоль которых часто вырастали овраги.
С широким применением зяблевой пахоты поверхностный сток уменьшился примерно на 10 км3 в год. Соответственно уменьшилась и эрозия. Но с развитием механизации земледелия появились некоторые новые формы эрозии, особенно на вновь распаханных крутых склонах.
Значителен также смыв почвы с озимых посевов. Борьба с эрозией почвы должна рассматриваться как одна из мер по интенсификации земледелия. Совместными усилиями агрономов, почвоведов и гидрологов эта проблема может быть решена в течение 10—15 лет, при условии целенаправленного, планового осуществления соответствующих мероприятий.
Четвертая проблема принадлежит к числу важнейших проблем человечества. Речь идет об охране водных ресурсов от качественного истощения. Сброс сточных вод в реки, озера и водохранилища непрерывно растет, водные ресурсы загрязняются и становятся непригодными не только для питьевого водоснабжения, но даже и для некоторых видов промышленного производства. Искусственная очистка сточных вод недостаточно радикальна —10—20% наиболее стойких загрязнений не устраняются, поэтому для вторичного использования очищенных сточных вод требуется 6 — 15-кратное, а в некоторых случаях и 30-кратное разбавление чистыми естественными водами. Воды для подобного разбавления уже не хватает в ряде районов, и площадь таких районов быстро увеличивается. Один кубометр воды, изъятой из реки, озера или из артезианского бассейна, соответственно уменьшает их ресурсы, но один кубометр даже очищенной сточной воды, сброшенной в реки и водоемы, портит количество воды, в 6—30 раз большее по объему. Вот почему качественное истощение водных ресурсов представляет большую угрозу, чем истощение их количества.
Отечественный и зарубежный опыт говорят о том, что для предотвращения этой угрозы существует лишь один путь — всемерное сокращение, а в некоторых районах полное прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы. Решение этой задачи возможно путем использования городских сточных вод для орошения сельскохозяйственных полей. Органические удобрения, содержащиеся в сточных водах, при малых нормах орошения дают высокие урожаи трав и других кормовых культур, на базе которых возможно создание мощного рентабельного молочного пригородного хозяйства. Но главный эффект заключается в том, что такой почвенный метод обезвреживания сточных вод является наиболее эффективным.
Что касается сточных вод промышленных предприятий, то и для них проблема может быть решена путем перевода предприятий на замкнутое оборотное водоснабжение. Каждое предприятие единовременно получает определенный объем воды, который многократно используется после соответствующей технологической обработки в водном цехе данного предприятия. При особо стойком загрязнении, не поддающемся очистке, вода выпаривается или подвергается дистилляции. Предприятия восполняют лишь воду, израсходованную на производство и испарившуюся в процессе ее использования или очистки.
Переход на такую систему водоотведения должен осуществляться постепенно по строго намеченному плану.
Охрана водных ресурсов в процессе их использования, основанная на изложенных выше общих принципах, может предотвратить назревающий кризис в водных ресурсах соответствующего качества. Эта важнейшая проблема принадлежит к числу наиболее сложных комплексных проблем и должна решаться широким кругом специалистов по водоснабжению и канализации, агрономами, почвоведами, гидрологами, технологами соответствующих отраслей производства и др.
Пятая важная проблема связана с гидротехническим строительством. Практика гидрологических расчетов развивалась преимущественно в эмпирическом направлении, нередко без учета теории гидрологических явлений. Это, в частности, относится к расчетам паводков, результаты которых определяют размеры водосливных частей плотин, размеры мостов и пр. Исходя из допущения о случайном характере максимальных паводочных расходов воды, приемы их расчетов основываются на вероятностной статистике. Однако случайность во времени наступления данного явления вовсе не означает наличия случайности в его размерах, которые относятся к числу закономерных явлений природы. Поэтому нет оснований считать величины максимальных расходов воды случайными и предвычислять их методом вероятностей статистики, опираясь по существу на закон больших чисел. Экстраполяция различных кривых вероятности до размеров условно устанавливаемой повторяемости максимальных расходов, например один раз в 1000 лет (0,1%) или в 10 000 лет (0,01%), не может дать обоснованные результаты. Эти кривые вероятности могут служить для оценки случайных (и не только гидрологических, а также и многих других) явлений природы, но лишь тогда, когда они действительно случайны.
Как показывает опыт, расчетные гидрологические величины, полученные без учета этого важного обстоятельства, часто оказываются совершенно нереальными, содержат необоснованно большой запас и излишне удорожают стоимость гидротехнических сооружений, причем предварительные исследования показывают, что речь идет о возможности очень большой экономии, исчисляемой во многие миллионы рублей на каждой из плотин.
Каковы же пути для решения этой проблемы? Нам представляется, и это подтверждается мировым опытом, что правильный путь заключается в установлении физических максимумов расходов воды, т. е. максимумов, основанных на физическом анализе главнейших факторов паводков и оценки их предельных возможностей в условиях данного района. Решение этого вопроса методами современной геофизики дает в руки гидрологу экстремальную величину, своего рода модель максимального расхода воды, на который можно ориентировать (интерполировать), а не экстраполировать, как это практикуется сейчас, кривую вероятности за пределами фактических наблюдений.
За рамки настоящего очерка выходит специальное освещение проблем экономики использования водных ресурсов. Отметим только то решающее значение, которое должна иметь для водохозяйственных мероприятий их экономическая оценка, исходящая из интересов народного хозяйства в целом. Современная техника позволяет решить любой вопрос по регулированию водных ресурсов или по переброске речных вод из одного бассейна в другой.
Но решать эти вопросы необходимо, ориентируясь на экономику, чтобы затраты на водохозяйственные мероприятия не ложились тяжелым бременем на производство.
К числу важных экономических вопросов относится и правильный учет ущерба, наносимого некоторыми водохозяйственными мероприятиями другим отраслям хозяйства. Например, водохранилища создаются ценою потерь земельных и растительных ресурсов, сооружение плотин или сброс промышленных сточных вод наносят ущерб рыбному хозяйству и водоснабжению населенных пунктов. Все эти вопросы требуют изучения не только с технической точки зрения, но также и с экономической.
Перечисленные проблемы не исчерпывают все современные задачи гидрологии. Мы не претендуем на их полноту, но коснулись основных, как нам представляется, наиболее актуальных проблем, решение которых требует комплексного подхода. Гидрология географического направления наиболее приспособлена к решению поставленных задач. Не случайно, что большая их часть была выдвинута и успешно разрабатывается гидрологами указанного направления.
В связи с этим в заключение коснемся еще одного актуального вопроса современной гидрологической науки. Речь идет о часто возникающем споре, какому из направлений гидрологии нужно отдать предпочтение: геофизическому, инженерному или географическому. Такую постановку вопроса нельзя признать правомерной, поскольку каждое из названных направлений имеет свою логику и решает свойственные ему проблемы. Только гармоническое развитие науки со всеми ее основными направлениями может отвечать современным требованиям.
Выше мы показали, что дифференциация гидрологической науки, при всей своей прогрессивности, породила известную разобщенность между разделами гидрологии. В таких условиях стали ощущаться пробелы, связанные с развитием науки на грани двух или нескольких разделов гидрологии или на стыке гидрологии и других наук, изучающих иные компоненты природы, особенно горные породы, почву, растительность.
Для современной гидрологии географического направления характерна постановка именно таких проблем; на некоторых из них мы кратко останавливались. Гидрология географического направления, которая все больше входит в научную терминологию под названием гидрогеографии, имеет все основания для дальнейшего полнокровного развития.
—Источник—
Развитие наук о Земле в СССР. М.: Наука, 1967
Автор: М. И. Львович
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
