Вестник РАН, 2022, T. 92, № 3, стр. 256-264

Оценке водопотребления в регионах мира посвящено большое число публикаций. Однако лишь в малой их части рассматривается ситуация в мире в целом и на континентах (частях света), а если и рассматривается [1−9 и др.], то, как правило, за давние годы, причём с большим расхождением в методике получения итоговых результатов и оценках за одни и те же периоды, часто без учёта безвозвратного водопотребления (безвозвратного расхода воды). Между тем его оценка очень важна для суждения о влиянии водопотребления на речной сток. Поясним, что безвозвратное водопотребление – это часть полного водопотребления (водозабора), которая после использования воды не возвращается в водные источники, уменьшая величину водных ресурсов, основную часть которых составляет речной сток. В полном водопотреблении доля безвозвратного колеблется в широких пределах в зависимости от вида и эффективности использования воды и природных условий. Так, при орошении земель она составляет в среднем 60−80%, в коммунальном секторе – 10−15%, в промышленности – 5−15%. В южных районах с большим дефицитом влажности доля безвозвратного водопотребления выше, чем в северных районах. Часть водозабора, которая возвращается в реки после использования (сточные воды промышленных предприятий и коммунального сектора, возвратные воды с орошаемых земель), оказывается одной из главных причин загрязнения рек и водоёмов.

Величины водопотребления, приводимые в указанных выше литературных источниках, базируются в значительной мере на статистических данных по отдельным странам, публикуемых в ежегодных отчётах международных организаций [10, 11], а также на данных AQUASTAT − глобальной информационной системы [12]. Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) по водным ресурсам и использованию воды. Система предоставляет свободный доступ более чем к 180 показателям и индикаторам по каждой стране с 1960 по 2017 г. Однако в сведениях по водопотреблению, базирующихся на данных ФАО, как правило, не учитываются безвозвратный её расход, потери от дополнительного испарения с акватории водохранилищ. Тем не менее эти сведения могут служить ориентиром при оценке достоверности обобщений и прогнозов водопотребления. Мы использовали их для проверки расчётов при анализе двух детальных сценариев водопотребления на 2010 и 2025 гг., выполненных в Государственном гидрологическом институте (ГГИ) [13]. Цель нашего исследования состояла в том, чтобы на основе этих двух сценариев, а также данных ФАО определить величину полного и безвозвратного водопотребления в мире и на континентах по состоянию на 2021 г., оценить изменение речного стока, долю сточных вод в нём и кратность их разбавления.

Каковы же особенности прогнозов, подготовленных сотрудниками ГГИ? Первый, так называемый условный сценарий (УС), предполагает развитие водопотребления по модели предшествующих десятилетий. Второй, сценарий устойчивого развития (СУР), предусматривает существенное повышение эффективности водопотребления, более экономное использование водных ресурсов. В обоих сценариях оценивается водопотребление в основных секторах экономики – сельском и коммунальном хозяйстве, промышленности, учитываются дополнительные потери воды на испарение с акваторий водохранилищ.

Оценка современного, на уровне 2021 г., водопотребления на континентах и в мире в целом выполнена нами в два этапа. Вначале были определены средние сценарные значения на 2010 и 2025 гг. (варианты 1 и 2), предположительно соответствующие водопотреблению на уровне 2017 г., и из двух вариантов вычислено среднее значение (вариант 3). При сопоставлении полученных результатов с данными ФАО за 2017 г. выявлялся наиболее достоверный вариант расчётов. Затем, уже с учётом величины полного и безвозвратного водопотребления, по существу, фактического в 2000 г. [13] и рассчитанного на 2017 г. по наиболее достоверному варианту, мы определили его среднегодовое изменение за период 2000−2017 гг. Допустив, что эта величина останется приблизительно той же и после 2017 г., рассчитали объём полного и безвозвратного водопотребления в последующие годы, в данном случае на уровне 2021 г.

Сопоставляя объём рассчитанного безвозвратного расхода воды с объёмом ресурсов речного стока (среднего, а также в маловодные годы), приведённом в работе [13], мы оценивали изменение современного годового речного стока в результате безвозвратных изъятий воды. По разнице полного и безвозвратного изъятия воды определялся объём сточных и возвратных вод, а при сопоставлении этого объёма с величиной речного стока (за вычетом безвозвратных изъятий) – кратность разбавления сточных и возвратных вод речным стоком, как ориентировочный показатель качества воды в реках и водоёмах.

Данные за 2000 г. и результаты расчётов ориентировочного полного и безвозвратного водопотребления за 2017 г. на континентах и в мире в целом представлены в таблицах 1 и 2. В таблице 3 приведены показатели водопотребления в 2017 г. (база данных AQUASTAT [12]). Сразу же отметим, что мировое водопотребление без учёта дополнительных потерь воды за счёт испарения с акваторий водохранилищ, по которым нет сведений в указанной базе, по первому варианту представляется завышенным, по второму – заниженным, тогда как результаты расчётов по третьему варианту наиболее достоверны. Так, полное водопотребление в мире по варианту 3 (без водохранилищ) составляет 4157 км³/год, а по данным ФАО − 4003 км³/год. Близки соответствующие значения и для большинства континентов – Азии, включая азиатскую часть России (2620 и 2655 км³/год), Северной Америки (639 и 604 км³/год), Африки (263 и 236 км³/год), Южной Америки (196 и 212 км³/год), Австралии и Океании (29 и 22 км³/год). Лишь для Европы, включая европейскую часть России, различия весьма существенны (450 и 274 км³/год), в основном из-за сельского хозяйства. Данные по Европе различаются ещё больше, если ориентироваться на первый вариант расчётов. При расчётах по второму варианту расхождение несколько меньше, хотя также весьма значительно. Столь же существенное расхождение оценок отмечается и для 2000 г., за который, казалось бы, в источниках приводятся фактические данные [12–14].

Возвращаясь к мировому водопотреблению, отметим, что, помимо сходства величин полного водопотребления в основных секторах экономики по варианту 3 и данным ФАО, близка и рассчитанная по этим источникам структура полного водопотребления (рис. 1, 2). Это даёт основания считать третий вариант расчётов наиболее достоверным в оценке водопотребления на уровне 2017 г. Структура мирового водопотребления с учётом дополнительного испарения с акваторий водохранилищ меняется незначительно. Незначительно её изменение и для большинства континентов, кроме Африки, где это испарение относительно велико (см. рис. 1, табл. 1).

Рис. 1.

Структура полного (а) и безвозвратного (б) водопотребления в мире на уровне 2017 г. по третьему варианту расчётов с учётом (I) и без учёта (II) водохранилищ

Рис. 2.

Структура водопотребления в 2017 г. по данным ФАО

Судя по основному, третьему варианту расчётов, как полное, так и безвозвратное мировое водопотребление к 2017 г. по сравнению с 2000 г. возросло почти на 11%, достигнув соответственно почти 4400 и более 2300 км³/год (см. табл. 1). Отметим, что в России за это время полное водопотребление снизилось с 85.9 до 68.9 км³/год, а безвозвратное с 30.6 до 26.3 км³/год [15]. Рост водопотребления в мире обусловлен, главным образом, увеличением водопотребления в сельском хозяйстве (см. табл. 1). Так, при среднем изменении полного мирового водопотребления за указанный период на 24.6 км³/год, а безвозвратного на 12.6 км³/год в сельском хозяйстве произошёл рост на 11.3 и 8.2 км³/год соответственно, в коммунальном секторе – на 6.2 и 0.7 км³/год, промышленности – на 5.6 и 2.1 км³/год. Дополнительные потери на испарение за счёт создания новых водохранилищ составили 1.5 км³/год.

Прирост мирового водопотребления произошёл в основном за счёт Азии (20.8 км³/год по полному водопотреблению и 9.1 км³/год по безвозвратному). В Африке соответствующее увеличение составило 3.3 и 1.3 км³/год, Южной Америке – 2.0 и 0.6, Европе – 0.16 и 1.5, Австралии и Океании – около 0.1 и 0.1 км³/год. В Северной Америке полное водопотребление снизилось на 1.9 км³/год при незначительном росте безвозвратного водопотребления на 0.13 км³/год.

Допуская, что среднее годовое водопотребление в мире и на континентах за 2000−2017 гг. сохранилось и в последующие после 2017-го годы, находим, что в 2021 г. оно составит величины, представленные в таблицах 4 и 5. То есть полное мировое водопотребление достигает почти 4500 км³/год, а безвозвратное 2450 км³/год. Структура мирового водопотребления 2017 г. практически не меняется и в 2021 г. (см. рис 1а, 1б и табл. 4). Наибольший вклад в современное мировое водопотребление вносит азиатский континент – более 60% по полному водопотреблению и около 70% по безвозвратному. Остальные континенты значительно ему уступают (см. табл. 5).

С учётом данных ГГИ за 1900−2000 гг. нами составлен график изменения водопотребления вплоть до 2021 г., свидетельствующий о нарастании мирового водопотребления на протяжении ХХ–XXI вв. (рис. 3).

Рис. 3.

Динамика мирового водопотребления

Сопоставление величины безвозвратного водопотребления с величиной среднего многолетнего речного стока и стока маловодного года (по данным [13]) позволяет сделать вывод о сравнительно небольшом его влиянии на сток как в мире, так и на отдельных континентах (табл. 6), хотя в абсолютном измерении, в км³/год, мировое безвозвратное изъятие воды почти в 10 раз превосходит средний годовой сток Волги и почти в 100 раз – Дона. Наиболее велико безвозвратное изъятие воды в Азии (12−14% от величины речного стока), за счёт, главным образом, орошаемого земледелия. Меньше всего такое соотношение в Южной Америке, Австралии и Океании (порядка 1%). Можно полагать, что влияние безвозвратного водопотребления выражается в соответствующем уменьшении речного стока, а влияние других факторов соответствующего уменьшения или увеличения данных величин взаимно компенсируется. С одной стороны, следует иметь в виду, что часть воды забирается не из рек, а из подземных горизонтов и морей. Какая-то часть безвозвратного изъятия воды учитывается при расчёте норм стока. С другой стороны, часть сточных вод в коммунальном секторе и промышленности, а особенно в энергетике сбрасывается в водные объекты в подогретом состоянии и способствует увеличению безвозвратных потерь воды за счёт дополнительного испарения. В районах интенсивного водозабора из подземных горизонтов усиливается инфильтрация речных вод. Правомерность выполненной оценки изменения речного стока при водопотреблении нуждается в специальном исследовании. Гораздо более существенное влияние на состояние рек и водоёмов, качество их воды оказывает сброс сточных и возвратных вод, хотя их доля в речном стоке тоже невелика (см. табл. 5, 6). Их разбавление речными водами явно недостаточно, особенно в Азии, Европе и Северной Америке (рис. 4).

Рис. 4.

Кратность разбавления сточных и возвратных вод в средний по водности и маловодный год (на уровне 2021 г.)