Каковы же наиболее эффективные пути увеличения приходной и уменьшения расходной части водохозяйственных балансов?
Перераспределение водных ресурсов. Неравномерность в распределении водных ресурсов на территории СССР обусловливает необходимость переброски воды из переувлажненных районов страны в районы, испытывающие в ней недостаток. Советский народ уже исправил ряд «несправедливостей» природы, построив канал имени Москвы, соединивший Иваньковское водохранилище на Волге с Москвой-рекой; каналы Днепр — Кривой Рог, Северный Донец — Донбасс и некоторые другие. Много каналов построено в Средней Азии.
В ближайшие годы намечается переброска воды в еще больших размерах: из Иртыша в Караганду, из Печоры и Вычегды в южные районы страны, из Волги в реку Урал и т. д.
Использование подземных водных ресурсов. Подземные Воды являются большим подспорьем, в частности для орошения и коммунального водоснабжения. В настоящее время потребность в хозяйственной и питьевой воде в сельских местностях Советского Союза удовлетворяется примерно на 65% за счет подземных водных ресурсов (в сельских местностях Англии — на 33% и США — на 25%).
Для всех районов СССР и в особенности для наиболее обжитой части одна из важных задач — более интенсивные исследования новых горизонтов подземных вод.
Уменьшение испаряемости воды и ее фильтрации. Как известно, значительная часть воды, выпавшей на землю в виде атмосферных осадков, испаряется с поверхности земли. Испаряемость воды — явление повсеместное; степень ее интенсивности зависит от климатических условий.
Для ряда внутренних водоемов нашей страны характерна значительная испаряемость. Можно ли уменьшить ее? Первые успехи в этом важном деле достигнуты на малых водоемах вблизи озера Севан в Армянской ССР, где республиканской Академией наук были применены в экспериментальном порядке специальные пленки второго неомыляемого спирта из группы гексадеканона; удалось доказать, что пленки сохраняют до 15% всех испаряемых вод, что равно 200 млн. м3 в год и составляет половину потребности республики в воде на ирригацию. Этот опыт борьбы с повышенной испаряемостью нужно распространить в южных районах страны.
Излишняя фильтрация воды в почву также наносит большой ущерб водному балансу, в особенности в оросительных системах. В СССР протяженность всех оросительных каналов достигла почти 320 тыс. км (из них 73% внутриколхозных). Большинство этих каналов построено в земляных руслах, без облицовки. В период полива из водохранилищ и рек до полей доходит фактически не более 50% воды; остальное идет на фильтрацию и испарение. В последние годы у нас орошалось примерно 8,2 млн. га, но к 1980 году поливные площади увеличатся более чем в 3.5 раза. Если не принять меры к резкому уменьшению бесполезной фильтрации воды, то она будет большим бременем для расходной части водохозяйственного баланса.
Важным средством для уменьшения фильтрации воды служат глубинные экраны в 0,5—1 м ниже русел каналов, создаваемые нагнетанием глинистых растворов, а также сборные железобетонные желоба и трубы вместо каналов в земляном ложе.
Деминерализация воды. Мировые запасы соленой морской воды в 800 тыс. раз превосходят ресурсы пресной поверхностной воды (реки, озера, водохранилища). Мировой океан смело можно назвать неисчерпаемым источником водных ресурсов.
Существует несколько способов опреснения соленой воды, которые можно распределить на две группы. Термические способы заключаются в кипячении соленой или солоноватой воды и конденсации ее паров. Эти способы недостаточно эффективны.
Все больше и больше находят применение электролитические и химические способы — ионизация соленой и солоноватой воды и ее замораживание.
Ионообменный способ опреснения воды состоит в расщеплении хлора и натрия растворенной соли при помощи специальных мембран, через которые пропускают электрический ток; одна из мембран с положительным зарядом притягивает ионы хлора, а другая с отрицательным зарядом притягивает ионы натрия. Очищенная пресная вода собирается в специальные коллекторы.
При вымораживании соленой воды кристаллы льда после оттаивания образуют пресную воду. Этот способ деминерализации соленой воды требует меньшего расхода энергии, чем кипячение.
Однако все современные способы деминерализации воды обходятся дорого; например, в США обессоливание 1000 л морской воды стоит минимум 8 центов, в то время как обычная вода, идущая на орошение, при стоимости 4 цента за 1000 л считается весьма дорогой. Это свидетельствует о том, что американские ученые пока не нашли экономически выгодного средства деминирализации соленых вод.
Перед советской наукой, в особенности перед физической химией, стоит важная задача изучения и, главное, скорейшего внедрения более дешевых и более эффективных способов очистки соленых и солоноватых вод.
Ледники. На земном шаре ледники занимают 16 млн. км2 — почти 12% земной суши. Примерный их объем во всем мире достигает 30 млн. км3, что почти в 800 раз больше среднегодового стока рек земного шара. Если растопить эти чудовищные массы льда, то уровень всех морей и океанов Земли поднимется на 70 м.
В Советском Союзе также имеется много ледников; ведутся их интенсивные научные исследования. Однако еще большее значение имеют вопросы практического использования (в особенности в маловодные годы) ледников — огромных аккумуляторов пресной воды. К сожалению, эти вопросы остаются еще мало разработанными. Применяющееся посыпание ледников сажей или частичные их взрывы, конечно, несколько ускоряют процессы таяния льда, в особенности в южных районах страны. Но перед наукой и практикой стоит важная задача поисков более эффективных методов получения воды из ледников.
Одновременно с поисками способов увеличения водных ресурсов нужно обязательно обеспечивать экономию в расходной части водохозяйственного баланса.
1. Коренной переворот в современной системе орошения. Как известно, в настоящее время существуют три основные системы орошения.
Поверхностная — наиболее древняя (известная еще в эпоху рабовладельческого общества), но сохранившая и сейчас преобладающее значение во всех странах мира. Система эта такова: из водоема вода поступает через головное сооружение в магистральный канал, затем в распределительные каналы и выводящие борозды и, наконец, в поливные борозды. При таком длительном и несовершенном способе доставки воды происходит ее значительная фильтрация и испарение; коэффициент полезного действия поверхностной системы орошения равен лишь 0,4—0,5. Эта система требует очень больших материальных затрат и огромного расхода воды — 8—12 тыс. м3 и более на 1 га.
Орошение дождеванием — распыление воды специальными машинами в виде дождя над орошаемыми полями; применение этой системы более ограничено. К концу семилетки проектируется орошать дождеванием несколько более 10% всей площади орошаемых земель. При дождевании расход воды остается значительным (5—7 тыс. м3 на 1 га); кроме того, создается нежелательная почвенная корка. Электроэнергия, потребная для одного дождя слоем 30 мм, определяется в 40—100 квт-ч на 1 га орошаемой площади.
Подпочвенное орошение — доставка воды по трубам, расположенным ниже поверхности земли; применяется в еще меньших размерах, чем орошение дождеванием. Это дорогостоящий вид орошения; его основные недостатки — слабое увлажнение верхнего слоя почвы, возможность подсасывания солей, излишняя фильтрация воды в нижние слои, заиление труб (в особенности при диаметре 6—7 см). Расход воды примерно 3—5 тыс. м3 на 1 га.
Каковы же основные требования, которым должны удовлетворять новые, более эффективные системы орошения?
а) Обеспечение максимального внедрения механизации; резкое снижение расточительных норм сплошного полива; обеспечение количественного и качественного оптимума смеси воды и удобрений, необходимого для увеличения урожайности.
б) Ликвидация значительных земляных работ (строительства каналов, планировки поверхности земли и т. п.).
в) Обеспечение сохранности влаги в почве, рыхлости почвы; недопустимость образования поверхностной почвенной корки; снижение влияния эрозионных процессов на почву и ее засоляемость.
г) Обеспечение высоких показателей производительности труда, минимальной себестоимости, быстрой окупаемости затраченных средств.
В частности, этим требованиям в известной степени отвечает внутрипочвенная напорная система орошения, разработанная лабораторией гидромеханизации Всесоюзного института механизации сельского хозяйства. Идея этой системы заключается в следующем: при посеве специальные гидробуры направляют в почву на требуемую глубину необходимое количество зерен посевного материала вместе со смесью воды и удобрений. В дальнейшем, при росте растений, глубина опускания гидробуров в почву и напор смеси воды, удобрений и ядохимикатов могут меняться.
Проведенные опыты по применению внутрипочвенной напорной системы для различных культур (хлопок, кукуруза, виноград, ягоды, овощи) в различных зонах страны дают возможность убедиться в значительном сокращении норм орошения при одновременном повышении урожайности.
Но, конечно, нужно продолжить исследования по применению новых, более эффективных систем орошения, чтобы найти нормы полива и удобрений.
2. Рационализация технологии производства. Вода находит применение почти во всех отраслях промышленного производства; ее потребности для коммунального и промышленного водоснабжения продолжают возрастать. В то же время постоянно увеличивается количество отработанных сточных вод.
Поэтому рационализация производственных процессов должна преследовать прежде всего две цели: уменьшение норм потребляемой воды без нарушения интересов производства и ликвидацию сточных вод.
Важными мероприятиями в рационализации технологических процессов являются также увеличение оборачиваемости воды, замена гидравлических способов (где это возможно) пневматическими, борьба с утечками воды и неэкономными способами ее расходования, строительство наиболее эффективных очистительных сооружений для переработки сточных вод в воду, пригодную для повторного использования.
Расширение возможностей создания более эффективных водохозяйственных балансов — важнейшая задача науки и практики.