1.1.2 Розподіл води на земній кулі

На земній кулі вода розподілена нерівномірно [27]. Світовий океан містить найбільшу масу води (1,34 млрд км³ і охоплює площу 361 млн км², або 71%, а суша 149 млн км², або 29%). Із 149 млн км² площі суходолу 3% припадає на внутрішні водойми – озера, водосховища, річки. Обсяг води у них становить 184 тис. км³. Більшість водних об’єктів прісноводні, за винятком деяких соло-них озер [27].

Загальний об’єм води у водних об’єктах на земній кулі біля 1390 млн км³, при цьому на долю Світового океану припадає 96,4%. Серед прісноводних об’єктів найбільші запаси води зосереджені у льодовиках (25,8 млн км³), які займають 16,2 млн км² суші. Це 68,7% всіх запасів прісних вод. З цієї кількості води на долю льодовиків Антарктиди, Гренландії і островів Арктики припадає відповідно 89,8, 9,7 і 0,3%, на гірські льодовики – лише 0,2%. Обсяг підземних вод становить 23,4 млн км³), із яких близько половини є прісними, а решта – різного ступеня солоності. Точно визначити об’єм підземних вод дуже важко, оскільки невідома нижня межа їхнього поширення [38].

Ґрунтова волога, на відміну від підземних вод, тісніше зв’язана з клімати-чними умовами: у вологі сезони вона накопичується в ґрунті, а в сухі – витрачається на випаровування і на транспірацію рослинністю. Загальні запаси її становлять 16,5 тис. км³. В атмосфері вода знаходиться у вигляді водяної пари, крапель води і кристалів льоду. Загальна кількість її становить 12,9 тис. км³ і зосереджена в основному (90%) в нижніх шарах атмосфери – від 0 до 5 км. Багаторічна мерзлота поширена на площі 21 млн км² і більша її частина зосереджена в північній півкулі (до 20 млн км²). Об’єм льоду в районах багаторічної мерзлоти близько 300 тис. км³.

1.1.3 Водні ресурси та водний баланс України

Водні ресурси – це поверхневі і підземні води, придатні для використання в народному господарстві, а співвідношення приходу і витрат води з урахуванням змін її запасів за вибраний інтервал часу для певного об’єкту називається водним балансом.

В Україні загальні запаси природної води складають 94 км³, з яких доступні для використання 56,2 км³. Основна частина водних ресурсів, що постійно відновлюються, припадає на річковий стік — 85,1 км³, 60% річкового стоку формується на території України, 40% — за її межами [6].

Головні ріки України: Дніпро (довжина у межах України 981 км; середній річний стік 53,5 км³), Дністер (загальна довжина у межах України 705 км; стік 8,7 км³), Південний Буг (довжина 806 км; стік 3,4 км³), Сіверський Донець (довжина 1053 км, у межах України 672 км; стік 5 км³) [13]. Дунай протікає по території України на ділянці 174 км; середній річний стік 123 км³ переважно транзитний [9, 10, 11].

Річкова мережа України належить до басейнів Чорного та Азовського морів і частково до басейну Балтійського моря. Всі річки території України належать до 10 основних басейнів. Найбільший з них басейн Дніпра. На території України є майже 70 тис. річок і струмків, з яких 2 938 мають довжину понад 10 км, але тільки 117 із них – понад 100 км [2, 10, 16, 33, 40].

Влітку річки стають маловодними, чимало з них міліють і навіть пересихають. Для затримання талих снігових вод і регулювання стоку на більшості рік створено водосховища (загальна кількість – 1057). Для постачання води у маловодні райони збудовано канали: Північно-Кримський, Дніпро–Донбас, Сіверський Донець–Донбас та ін. На півдні України створено великі зрошувальні системи. У районах надлишкового зволоження або уповільненого стоку діють меліоративні системи. Озер у країні понад 20 тис., а 43 з них мають площу, яка перевищує 10 км². Великі озера розташовані в плавнях Дунаю і на узбережжі Чорного моря [54]. Загальна площа боліт становить 12 тис. км². Розташовані вони переважно в Поліссі.

Розрахункові запаси прісних підземних вод дорівнюють 27,4 км³, з яких 8,9 км³ не пов'язані з поверхневим стоком.

В цілому водні ресурси України можна охарактеризувати як недостатні. У маловодні роки дефіцит води відчувається навіть у басейнах великих рік. Найбільше свіжої води (48% загального споживання) споживає промисловість, 40% води йде на потреби сільського господарства, 12% припадає на комунальне господарство міст та інших населених пунктів [30, 58].

Для обліку водного балансу підлягають атмосферні опади, конденсація вологи, горизонтальний перенос і відкладення снігу, поверхневий і підземний притік, випаровування, поверхневий і підземний стік, зміна запасів вологи у ґрунті та ін. В окремих випадках нема необхідності детального обліку всіх складових частин водного балансу [15].

Наприклад, якщо водно-балансові розрахунки виконуються стосовно достатньо великих об'ємів води, можна не враховувати конденсацію, тому що вона має відносно мале значення.

У межах середнього багаторічного річного водного балансу з усієї території суходолу земної кулі випаровується кількість води, що дорівнює кількості опадів мінус річковий стік [15].

Виходячи з цього визначення, в поняття "водні ресурси" включаються тільки прісні води суходолу, що безпосередньо використовуються або визначені для використання в процесі матеріального виробництва. На практиці до такої категорії доступних для використання вод зараз відносять річковий стік і придатні для експлуатації підземні води.

Водні ресурси вважаються фізично невичерпними, але в своєму розміщенні та режимі стоку вони витримують прямий та опосередкований вплив інших компонентів природного комплексу та антропогенний тиск, внаслідок чого відрізняються значними коливаннями та нерівномірністю розподілу, а також за своїми якісними характеристиками.

На сучасному етапі соціально-економічного розвитку України та її окремих регіонів, що характеризується збільшенням антропогенного навантаження на природу, особливо гостро стоїть проблема використання й охорони водних ресурсів країни [10, 11].

Основним джерелом формування та поповнення водних ресурсів служать атмосферні опади, розподіл яких досить нерівномірний. З цим в значній мірі пов'язані відмінності в природному забезпеченості України водними ресурсами.

Важливим чинником, що впливає на формування водних ресурсів, є випаровування з поверхні, яке зростає з північного заходу на південний схід [36].

Водно-балансові дослідження дають можливість проводити співставлення об’єктивно існуючих в природі співвідношень і взаємозв’язків між надходженням та витратами вологи на будь-якій території і, в першу чергу, на річкових водозборах за різні інтервали часу.

Взаємна ув’язка окремих компонентів водного балансу дозволяє більш глибоко вивчати умови їх формування, виявляти можливі помилки вимірів та розрахунків і оцінювати вплив господарської діяльності та інших факторів на водні ресурси. Водні ресурси України складаються з місцевого стоку і транзиту.

Останній надходить по Дунаю, Дніпру, Сіверському Дінцю та деяких інших водних артеріях. За межами країни формується близько 30 км³ стоку (загальний обсяг – 210 км³). Відповідно до загальних закономірностей розподілу річних опадів на території України змінюється також і багаторічний шар стоку. В північних і північно-західних рівнинних районах України шар річного стоку становить 140-160 мм. На південь його величина поступово зменшується і в південних районах степової зони не перевищує 5-10 мм. На фоні загального широтного зменшення багаторічного шару стоку з півночі на південь на окремих водозборах спостерігається збільшення стоку. Це зумовлено місцевими фізико-географічними умовами й відносними коливаннями висоти місцевості [27].

Збільшення стоку спостерігається в верхів’ях річок Турія, Стир, Тетерів, Південний Буг і на ріках Донецького Кряжу, Приазовської височини [46, 50].

На гірських водозборах Карпат і Криму розподіл річного стоку залежить від вертикальної поясності. Найбільший шар стоку, який дорівнює 800-1200 мм, спостерігається на водозборах, в межах яких випадає максимальна кількість опадів. Багаторічний шар стоку в середній частині басейнів річок Уж і Латориця, в гірській частині р. Дністер і верхів’ях р. Прут становить 300-700 мм. В верхів’ях правобережних притоків р. Дністер його значення складають 800-1000 мм, на лівобережних притоках – шар стоку дорівнює 150-200 мм. На річках гірського Криму величини стоку на окремих водозборах дорівнюють 100-500 мм.

Сумарне випаровування з поверхні водозборів на території України порівняно з опадами і стоком розподіляється більш рівномірно і коливається в менших межах. Його значення залежить від температури і вологості повітря, а також зволоженості території, яка обумовлюється кількістю опадів. Величина випаровування змінюється не тільки в широтному напрямку, але й зменшується з заходу на схід.

На рівнинній території України річна величина випаровування з поверхні суші зменшується від 500-530 мм в північно-західних районах до 460-480 мм в південно-східних. В південних степових районах України середня багаторічна величина випаровування складає 400-480 мм [43].

Найбільша величина випаровування, яка дорівнює 650-700 мм, характерна для Закарпатської низовини. На цій території в середньому випадає 800-850 мм опадів, а багаторічна температура повітря дорівнює 8,5-10°С. Не дивлячись на те, що з підвищенням абсолютних відміток місцевості кількість опадів збільшується до 1500-1800 мм, середні багаторічні температури повітря знижуються до 5,0-7,0°С, що обумовлює зменшення випаровування до 500-550 мм на рік.

На водозборах річок Волино-Подільської височини величина випаровування становить 520-530 мм. В межах річкових басейнів гірської частини Криму випаровування складає 500 мм на рік.

Оцінка точності обчислення водних балансів характеризується величинами його похибок, представлених в абсолютних значеннях або відносно опадів. Для річок України похибки водного балансу в 80% загальної кількості не перевищують 10%. Незначні похибки водного балансу при визначенні їх складових свідчать про те, що розрахунки виконані досить надійно. Водний баланс України включає атмосферні опади (377 км³), стік поверхневий (39 км³) і підземний (13км³) та випаровування (325 км³) [14].

Головні елементи водного балансу – багаторічні значення стоку та опадів для рівнинної території України визначаються за даними фактичних спостережень, для гірських районів – за локальними залежностями їх величин від висоти місцевості [40, 58].

Обчислення головних елементів водного балансу і їх прив’язка дозволяють створити графічну модель водного балансу річкових водозборів у вигляді взаємопов’язаних карт. Ці карти дають можливість визначити основні елементи водного балансу для водозборів, на яких не проводяться гідрометеорологічні спостереження, а також для фізико-географічних зон і окремих регіонів. Прикладом такої моделі є запропоновані ув’язані карти розподілу атмосферних опадів, природного сумарного стоку, випаровування з річкових водозборів басейну Дніпра [58,]. Середні помилки визначення опадів за цими картами складають 2%, стоку – 7,5%, сумарного випаровування – 1% [43].

При розробці зазначених моделей слід мати на увазі, що при масових водно-балансових дослідженнях з можливими помилками визначення місячних величин шару стоку (10-15%), атмосферних опадів (15-20%), сумарного випаровування (20-25%), похибки водного балансу можуть досягати 20-30% по відношенню до атмосферних опадів [45]. Місцеві водні ресурси України, які щорічно формуються на 71 тис. річках складаючи біля 53 км³ [10].

Їх величина обумовлена середніми річними атмосферними опадами шаром 586 мм, з яких майже 88 мм або 15% витрачається на сумарний стік, решта – 480 мм – випаровується. Нев’язка водного балансу дорівнює 18 мм або 3% по відношенню до опадів. Загальні водні ресурси з урахуванням притоку з Білорусії і Росії дорівнюють 87 км³. Середня річна водозабезпеченість місцевими водними ресурсами складає біля 1000 м³ на одного жителя, загальними – 1700 м³ за рік [14, 26].

Водозабезпеченість місцевими водними ресурсами по окремих областях України відрізняється майже в 60 разів: від 0,14 км³ у Херсонській області до 7,92 км³ у Закарпатській області або відповідно 110 і 6580 м³/рік на одного мешканця. Водозабезпеченість сумарними водними ресурсами по окремим областям України змінюється від 0,91 км³ для АР Крим до 54,4 км³ у Херсонській області, що відповідає 380 м³/рік і 44600 м³/рік на 1 жителя [16].