CC BY
82
УДК 528.946
КАРТЫ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ И ПРОБЛЕМЫ ПРИ ИХ СОСТАВЛЕНИИ
Надежда Юрьевна Курепина
Институт водных и экологических проблем СО РАН, 656038, Россия, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1, кандидат географических наук, старший научный сотрудник лаборатории водных ресурсов и водопользования, тел. (3852)66-64-58, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены методические особенности составления карт водообеспеченно-сти. Выполнен обзор российского и зарубежного опыта, дано описание карт данной тематики, составленных в ИВЭП СО РАН, и указаны проблемы, с которыми приходится сталкиваться при их создании.
Ключевые слова: карты водообеспеченности, методические подходы создания карт, проблемы при составлении карт.
WATER AVAILABILITY MAPS AND PROBLEMS OF MAPPING
Nadezhda Yu. Kurepina
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, 656038, Russia Barnaul, 1, Molodezhna-ya St., Ph. D., senior researcher, laboratory of water resources and water management, tel. (3852)66-64-58, e-mail: [email protected]
The paper considers the methodical specifics of water availability mapping. The Russian and international maps are reviewed, the water availability maps constructed by IWEP SB RAS are described, and the challenges faced during the mapping are specified.
Key words: water availability map, methodological approaches, problems of mapping.
С точки зрения природопользования водообеспечение - это система мероприятий и технических устройств, обеспечивающих потребности населения и производств (водопотребителей) водой [1]. Карты водообеспеченности относятся к группе оценочных карт. В роли объекта выступают водные ресурсы, в роли субъекта - водопотребитель, а предметом картографической оценки являются отношения (связи) между субъектом и объектом, при этом территориальный охват картографирования может быть и мирового уровня, и регионального, и локального. Картографические материалы водообеспеченности могут выступать в роли самостоятельного произведения тематического атласа либо в качестве сопровождения научно-исследовательской работы.
При анализе российских и зарубежных картографических материалов данной тематики обращает на себя внимание многообразие содержательной части и приемов ее отображения. Связано это, прежде всего, с решением различных водохозяйственных задач для каждой территории и разнообразием методических подходов при картосоставлении.
Так, в Атласе мирового водного баланса (1974) представлена серия карт водообеспеченности материков, показатель обеспеченности водными ресурсами рассчитывается как разность суммарного речного стока и дефицита влаги,
равного разности максимально возможного и фактического испарения [2]. В работе Е.Н. Козелковой «Водообеспеченность территории ХМАО-Югры на современном этапе» [3] также предлагается выполнять оценку по количественной характеристике водного баланса. Автором на основе расчетных данных и анализа картографических материалов Атласа Ханты-Мансийского автономного округа-Югры «Среднегодового количества осадков в год», «Испарений с водной поверхности», «Среднемноголетнего годового стока [4] строится карта-схема во-дообеспеченности с показом ареалов разных значений коэффициентов стока.
При описании водообеспеченности территории России [5] читателю предложено две карты: «Водообеспеченность территорий федеральных округов» и «Водообеспеченность территорий субъектов Российской Федерации». На первой карте способом картограмм демонстрируется неравномерность среднемно-голетнего распределения речного стока по федеральным округам (тыс. м3 / год на 1 км2) с диаграммами запасов водных ресурсов (ресурсы речного стока, потенциальный запас подземных вод). На второй карте показ водообеспеченности аналогичен с той разницей, что анализируемыми операционными единицами являются субъекты Российской Федерации и в соответствии с легендой к карте детализирована градация оценочной шкалы.
В Атласе Иркутской области на карте водообеспеченности данного региона (2004) показатель обеспечения населения водным ресурсом представлен способом картограмм и характеризуется соотношением объемов устойчивого речного стока по районам к численности их населения (по последней переписи населения), отражая в общих чертах как существующую степень антропогенной нагрузки на водные ресурсы, так и имеющиеся резервы их дальнейшей эксплуатации. Кроме того, на карте изображены зоны различной водообеспеченности способом знаков движения в виде ширины и штриховки полос, вдоль водных объектов [6]. В целом, карта дает наглядное представление о внутрирегиональных различиях в водообеспеченности и степени благоприятности конкретных территорий по условиям организации крупного централизованного водоснабжения.
В серии карт «Природные ресурсы, хозяйство и население Байкальского региона» (2009) демонстрируется две карты водных ресурсов Иркутской области и Забайкальского края, созданные по единой методологии и стилю отображения оценочной информации, позволяющих их сопоставить между собой. Показатель водообеспеченности, рассчитанный на 1000 км2 в км3 / год, показан способом картограмм в пределах административных единиц, измерения - км3 / год с пояснительными подписями количественных характеристик местного и общего стоков (км3 / год) [7].
Расчет удельной водообеспеченности речным стоком (без учета запасов в водоемах) позволил авторам статьи «Водообеспеченность как важнейший фактор устойчивого развития сельского хозяйства Воронежской области» [8] выполнить зонирование региона и отобразить способом картограмм муниципальные районы с достаточной, выше среднего, средней, низкой и очень низкой обеспеченностью водными ресурсами.
На карте «Обеспеченность водными ресурсами» Атласа Le Monde diplomatique (2008) оценка ресурсов представлена по российским регионам (тыс. м3 на чел. в год) по восьми градациям, показатели шести из них отмечены как «крайне ограниченная» обеспеченность. Примечательность данного картографического произведения заключается в том, что дополнительно показаны ареалы наибольшей обеспеченности населения водными ресурсами по речным бассейнам (более 1 млн м3 на чел. в год) [9].
В работе Global Trends 2015: A Dialogue About the Future With Nongovernment Experts (2000) представлены картографические модели обеспеченности населения государств мира ресурсами пресных вод (1000 м3/год на 1 чел.) на разные временные срезы 1980, 2000 и 2015 гг. Оценка выполнена по семи градациям (очень высокая - более 20, высокая - от 10 до 20, средняя - от 5 до 10, низкая - от 2 до 5, очень низкая - от 1 до 2, катастрофически низкая - менее 1, отсутствие данных) и визуализирована способом картограмм с различной по интенсивности фоновой окраской [10]. На карте «Прогнозируемый глобальный вододефицит, 2025» [11] оценка водообеспеченности рассматривается по пяти градациям (перевод с английского): 1) нехватка водных ресурсов (используется более 75% речного стока на сельскохозяйственные, промышленные и коммунальные нужды, при этом засушливые области не обязательно испытывают нехватку воды); 2) на грани нехватки водных ресурсов (используется более 60% речного стока, эти бассейны будут испытывать дефицит воды в ближайшем будущем); 3) дефицит водных ресурсов, используемых в экономике (водных ресурсов достаточно для водопотребления в бытовых целях, используется менее 25%); 4) вододефицит небольшой либо отсутствует (избыточность водных ресурсов, используется менее 25% речной воды на все нужды); 5) не оценено.
Большая серия картографических материалов по водообеспеченности территории Казахстана представлена в монографии «Водная безопасность Республики Казахстан: проблемы устойчивого водообеспечения» (2015). В качестве оценочных операционных единиц приняты бассейновые природно-хозяйственные системы (ПХС) страны. Оценочные картографические модели по удельной водообеспеченности ПХС, реальной удельной водообеспеченности ПХС и степени водообеспеченности ПХС рассматриваются по трем вариантам развития водопользования (инерционный, водосберегающий, инновационный) для разных временных срезов (2010, 2020, 2030) по критериям водной безопасности. Во всех модельных сценариях для визуализации оценочного показателя ПХС применен количественный фон, дополненный цифровыми значениями обеспеченности водными ресурсами [12].
В Атласе Автономной Республики Крым (2004, на украинском языке) к карте «Основные виды минеральных ресурсов» представлена карта-врезка «Природные ресурсы подземных вод», на которой водообеспеченность показана по районам фоновой окраской, а оценочная шкала имеет количественные и качественные характеристики (на 2001, в % подтвержденных запасов к потребностям). Кроме этого, в каждый район помещены картодиаграммы, отображающие величину подземного стока и долю его использования (м3 / сутки / км2), а
также прогнозные ресурсы пресных подземных вод (тыс. м3 / сутки) и подтвержденные запасы (% от прогнозных) [13].
Таким образом, рассмотренные примеры показательны в плане большого разнообразия сюжетов карт водообеспеченности территорий и направленности решения конкретных задач.
В ИВЭП СО РАН имеется определенный опыт создания карт водообеспеченности. Их составление выполняется в среде ГИС. Картографическая база данных, ее тематический охват, выбор масштабного ряда зависит от поставленных исследовательских задач и характера картографируемых явлений и процессов.
Так, при оценке водоресурсной обеспеченности существующих потребностей населения и экономики регионов Сибири [14] была составлена карта, на которой способом картограмм в границах регионов отображена удельная водо-обеспеченность (тыс. м3 / год * км2) по шести градациям: 0-50,0; 50,1-100,0; 100,1-200,0; 200,1-400,0; 400,1-800,0; 800,1-1600,0, ее расчет производился на основе данных Водного кадастра РФ [15]. Кроме того, внутри каждого региона помещена трехсекторная картодиаграмма суммарного водоресурсного потенциала (м3): местный поверхностный сток, транзитный речной сток и прогнозные ресурсы подземных вод. Наиболее водообеспеченными являются: Красноярский край, Тюменская область (включая ЯНАО, ХМАО), Иркутская и Томская области.
Учитывая важность зонально-провинциальных особенностей территории при формировании водных ресурсов, в рамках ландшафтно-бассейнового подхода был выполнен анализ современного водоресурсного потенциала и создана картографическая модель «Потенциальная обеспеченность водными ресурсами ландшафтных провинций Западной Сибири» [16]. На карте способом количественного фона (насыщенность расцветки) отображена информация по обеспеченности поверхностными водами (тыс. м3 / год на чел.) по пяти градациям и способом количественного фона (сила штриховки) - водообеспеченность подземными ресурсами (в тех же единицах) по четырем градациям, в качестве операционных единиц выступают ландшафтные провинции согласно физико -географическому районированию Сибири [17].
Оценочные показатели современной обеспеченности поверхностными водами были рассчитаны на основе данных гидрологических постов о среднемно-голетних расходах рек Обь-Иртышского бассейна за весь период наблюдений, а также с использованием карты «Средний многолетний сток рек» (Атлас СССР, 1983). Анализировались данные ГГИ ближайших гидропостов с их привязкой к местам пересечения рекой границ ландшафтных провинций. В случае отсутствия постов наблюдения или их удаленности от границ провинций использовались данные по модулю речного стока. Оценка обеспеченности подземными водами осуществлялась на основе картографических материалов Атласа гидрогеологических и инженерно-геологических карт СССР (1983) и ресурсов пресных и маломинерализованных подземных вод южной части ЗападноСибирского артезианского бассейна (1991), а также результатов геологоразведочных работ, которые были проведены в регионах за последние годы
(при условии их наличия). Водообеспеченность рассчитывалась по показателям модуля подземного стока зоны интенсивного водообмена.
Анализ полученных результатов показал закономерное увеличение водо-обеспеченности с юга на север, по мере нарастания водности рек и увеличения увлажнения территории. Наиболее всего ресурсами поверхностных вод (свыше 1000 тыс. м3/год на 1 чел.) обеспечены малообжитые северные территории, в том числе население в нижнем течении Иртыша и Оби, а также в бассейнах рек, впадающих в Обскую губу и Карское море. Слабо обеспечено поверхностными водными ресурсами (5-50 тыс. м3 в год на человека) население основной полосы расселения, приуроченной к лесостепной и степной зонам, густо заселенные и интенсивно освоенные бассейны Чулыма и Томи, а также горно-таежный пояс Урала. Наименьшей водообеспеченностью отличаются территории области внутреннего стока и южная часть Уральского региона.
В дальнейшем полученная картографическая модель послужила основой для оценки административно-территориальных образований (субъектов РФ) Западной Сибири по степени водохозяйственной безопасности регионов [18]. Интервалы шкал водообеспеченности поверхностным и подземным стоком соответствовали классификации, применяемой в мировой практике [19], и имели единое число градаций и одинаковые численные значения показателей (тыс. м3 / чел. в год). Для увеличения информативности модель была дополнена таблицами: оценки потенциальной водообеспеченности и степени опасности водохозяйственной ситуации с показом условного обозначения оценочных рангов и их количественных и качественных характеристик; ранжирования субъектов по численности населения с разной степенью обеспеченности поверхностными и подземными водными ресурсами.
Вышеуказанная оценочная шкала была принята при анаморфозном отображении водообеспеченности территорий Западной Сибири, представленной на рисунке. Площади изображенных ландшафтных провинций соответствовали величинам обеспеченности водными ресурсами. По анаморфозам отчетливо видны наиболее водообеспеченные физико-географические провинции: поверхностным стоком (а) - Среднетазовская (номер 33 на карте), согласно [17], расположенная в границах Тюменской области (номер 5 на карте) и западной части Красноярского края (номер 3) и Усть-Пурская (номер 15, Тюменская область); подземным стоком (б) - также Среднетазовская провинция, Полуйская (номер 27), расположенная в Тюменской области, и Верхнетазовская (номер 37), находящаяся в Тюменской, Томской областях и западной части Красноярского края; по обеспеченности суммарным стоком (в) выделяются, также как по поверхностному, Среднетазовская и Усть-Пурская.
На основе проведенного в данной работе частичного обзора карт водо-обеспеченности, следует отметить, что в настоящее время отсутствует универсальный алгоритм создания карт данной тематики. Индивидуальность картографических произведений затрудняет их сопоставление. Так как картографическая модель - это, чаще всего, конечный продукт (результат), то к ней, как правило, прилагаются методические описания и оценочные показатели, при
этом отсутствуют исходные данные, что делает невозможным их пересчет для унифицирования единиц измерений.
а) б) в)
Рис. Анаморфозы Западной Сибири по водообеспеченности:
а) общим речным стоком; б) подземным стоком зоны интенсивного водообмена;
в) суммарным стоком
Кроме того, при создании карт приходится сталкиваться со сложностями, связанными:
- с совмещением и анализом разнородных данных, представленных в природных и административно-территориальных границах, которые лишь частично решаются в ГИС;
- с отсутствием автоматизированных способов генерализации тематических данных при разных масштабах картографирования территории;
- с недостатком гидрологической информации вследствие сокращения сети стационарных постов наблюдений;
- отсутствием единой информационной базы водоресурсных и водохозяйственных данных;
- ограниченностью доступа к исходным данным по водопотребителям и некоторым другим водохозяйственным ресурсам.
Возникающие в процессе картосоставления проблемы приходится решать в индивидуальном порядке, что в конечном итоге не способствует получению качественного достоверного результата.
Исходя из изложенного, очевидна необходимость разработки единых подходов к оценке водообеспеченности различных территорий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Снакин В. В. Экология и природопользование. Справочные данные // Государственное управление ресурсами. Специальный выпуск. - 2008. -№ 11.2 / ноябрь. - С. 47.
2. Атлас мирового водного баланса. - М. : Гидрометеоиздат, 1974. - 65 карт.
3. Козелков Е. Н. Водообеспеченность территории ХМАО-Югры на современном этапе // Вестник Югорского государственного университета. - 2012. - Вып. 3 (26). - С. 21-26.
4. Атлас Ханты-Мансийского автономного округа-Югры / Отв. ред. : Дикунец В. А. и др. - Ханты-Мансийск. - М. : Роскартография : Мониторинг, 2004. - Т. 2. Природа и экология. - С. 61-76.
5. Национальный Атлас России. Т. 3, [Электронный ресурс] : http://www.globalsecurity.org/intell/library/reports/2000/nic-global-trends_2015.pdf.
6. Атлас Иркутской области. Экологические условия развития / Отв. ред. Батуев А. Р., Белов А. В., Богоявленский Б. А. - М. - Иркутск : Роскартография, 2004. С. 36.
7. Природные ресурсы, хозяйство и население Байкальского региона. Серия карт / Электронный носитель CD. - Иркутск : ИГ СО РАН, 2009.
8. Дмитриева В. А., Нефедова Е. Г. Водообеспеченность как важнейший фактор устойчивого развития сельского хозяйства Воронежской области // Аграрная география в современном мире: к 90-летнему юбилею Виктора Николаевича Тюрина / Под ред. В. Н. Тюрина. - Краснодар, 2014. - С. 71-74.
9. Атласа Le Monde diplomatique. Дополнительная глава о России. - 2008. - С. 213.
10. Global Trends 2015: A Dialogue About the Future With Nongovernment Experts. -2000. - Р. 29.
11. Global Trends 2025: A Transformed World. - 2008. - С. 75. Электронная версия: http://image.guardian.co.uk/sys-
files/Guardian/documents/2008/11/20/GlobalTrends2025_FINAL.pdf
12. Медеу А. Р. Водная безопасность Республики Казахстан: проблемы устойчивого водообеспечения / А. Р. Медеу, И. М. Мальковский, Л. С. Толеубаева, С. К. Алимкулов -Алматы, 2015. - 582 с.
13. Атлас Автономна Республша Крим. - Кшв : Омферополь, 2004. - С. 25.
14. Рыбкина И. Д. Оценка водоресурсной обеспеченности существующих потребностей населения и экономики регионов Сибири // Мир науки, культуры, образования. - 2012. -№ 1 (32). - С. 327-332.
15. Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество / Водный кадастр РФ. Справоч. издан. 2008. - СПб: ART-Express, 2010. - 151 с.
16. Рыбкина И. Д. Опыт оценки водообеспеченности населения и экономики регионов Западной Сибири / И. Д. Рыбкина, Н. В. Стоящева, Л. А. Магаева, М. С. Губарев, В. Ф. Резников, Н. Ю. Курепина // География и регион: материалы междунар. науч.-практ. конф. (23-25 сентября 2015 г.): в 6 т. / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. - Пермь, 2015. - Т. V. Экология и природопользование. - С. 145-148.
17. Винокуров Ю. И., Цимбалей Ю. М. Региональная ландшафтная структура Сибири: монография. - Барнаул : Изд-во АГУ, 2006. - 95 с.
18. Рыбкина И. Д. Геоинформационно-картографическое моделирование водообеспе-ченности в целях водохозяйственной безопасности и устойчивого развития территорий / И. Д. Рыбкина, Н. Ю. Курепина, Н. В. Стоящева, М. С. Губарев // ИнтерКарто/ИнтерГИС 22. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий в условиях глобальных изменений климата: материалы Междунар. науч. конф. - М. : Изд. дом «НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА», 2016. - Т. 1. - С. 127-134.
19. Shiklomanov I. A. The dynamics of river water inflow to the Arctic Ocean // The Freshwater Budget of the Arctic Ocean. Dordrecht. The Netherlands, Kluwer Academic Publishers, 2000. - P. 281-297.
© Н. Ю. Курепина, 2017
