Прежде чем делать выводы относительно теории и практики освоения рек, следует сказать, однако, несколько слов о самих реках.
Нет двух одинаковых рек
Вывод, неизбежно следующий при сравнении различных печных систем, заключается в том, что не существует двух одинаковых рек. Каждая имеет свои характеристики бассейна и стока, и редко можно встретить реки, имеющие, независимо от их размеров, схожие черты в пределах водосборных бассейнов.
Определяющими элементами в речной системе являются русла рек, состав пород ложа и водоносные горизонты, по которым воды достигают русл, а также сама вода. Профиль реки, уклоны, водоносные горизонты и величина стока находятся в постоянной и определенной зависимости друг от друга. Степень этой зависимости окончательно не выяснена, но непосредственное влияние на нее оказывает количество и качество речной воды. Таким образом, для получения достоверной картины необходимо иметь гидрологические данные по той или иной реке не только в конкретный период времени, но и прослеживать суточные, сезонные и многолетние колебания. К примеру, для каждой реки могут быть измерены:
поперечный профиль реки на характерных участках;
уклон русла для всей реки и на плесах;
длина русла;
угол впадения притоков;
густота сети притоков;
площадь всего водосборного бассейна и бассейнов притоков;
конфигурация всего водосборного бассейна и бассейнов притоков;
химический и биологический состав воды; уклон и почвенные условия районов, по которым протекают притоки;
уклон, водопроницаемость и мощность водоносных горизонтов.
Анализ любой из этих характеристик обнаруживает поразительное разнообразие рек, среди которых нет двух одинаковых. Аналогичное объяснение различий в величине стока, являющихся следствием, к примеру, многообразия вариантов использования земель, при современном уровне знаний дать сложно и не всегда возможно. Меньшую сложность представляет изучение происхождения и перемещения суспензионных потоков.
Суть вопроса заключается в том, что реки представляют собой уникальные сочетания различных природных факторов, несмотря на то что происходящие в них процессы большей частью изучены. Реки не могут рассматриваться как равнозначные, и, хотя существует возможность их классификации, планирование их развития всегда предполагает новое исследование каждой реки, выявляющее различия в стоке, русловых процессах, наносах и геохимических параметрах.
II. Основные концепции развития речного бассейна
Идея комплексного развития речного бассейна в том виде, в каком она рассматривается сегодня учеными, инженерами и государственными деятелями во всем мире, состоит из трех взаимосвязанных концепций — концепции многоцелевого проекта использования водохранилищ, программы развития всего водосборного бассейна в целом и всестороннего регионального развития. Они формировались бок о бок на протяжении более чем 50 лет, находя поддержку при различных обстоятельствах. Но до середины 30-х годов эти концепции в США не выделялись в самостоятельные программы. И до сих пор во многих районах они так и не осуществлены. Взаимосвязанность этих концепций является скорее фантазией, чем реальностью, тем не менее данная идея настолько широко распространена и вызывает такой горячий энтузиазм общественности, что с ней необходимо считаться.
Кроме того, следует учитывать наличие и других идей, подчас достаточно хорошо известных. Одна из них — взаимосвязанность программ использования земельных и водных ресурсов. Другая — комплексное управление речным бассейном. Но в настоящее время эти идеи не столь устойчивы и влиятельны и играют второстепенную роль. Данный обзор посвящен преимущественно рассмотрению ситуации, сложившейся в США, но отмечаются и некоторые наиболее значительные изменения, имевшие место в других странах.
Сто лет назад Хамфрейс и Эббот, впервые занявшиеся серьезным изучением проблемы наводнений в низовьях Миссисипи, не придавали значения регулирующей роли водохранилищ. Их подробные рекомендации непосредственно касались лишь главного русла реки4. Создатели ирригационных сооружений в Египте или Индии тоже руководствовались идеями одноце-левых проектов5. При изучении возможностей использования рек всегда рассматривались конкретные участки и ставились определенные цели. Лишь немногие дальновидные люди, такие, как Пауэлл и Уиллкокс, позволяли себе мечтать о комплексном использовании всей реки.
Однако к 1900 г. начали вырисовываться и обсуждаться три новые концепции. Процесс их признания был достаточно длительным, и минуло несколько десятилетий, прежде чем они стали применяться в соответствующих масштабах. Но и сегодня еще в отдельных районах они нуждаются в тщательной аргументации.
А. Многоцелевые водохранилища
Плотина Гувера на реке Колорадо является выдающимся примером инженерного проекта, предусматривающего использование одного гидротехнического сооружения для многих целей. Бетонная плотина высотой 726 футов и массой 3,25 млн. куб. ярдов преграждает течение Колорадо в Блэк-Каньоне, обеспечивая достаточные запасы воды и полностью регулируя сток ниже по течению. При этом ставятся четыре основные цели. Запасенная вода может отводиться вниз по течению для орошения земель в калифорнийских долинах Импириал и Коа-челла. Ее также можно использовать для удовлетворения бытовых, сельскохозяйственных, торговых и промышленных нужд в количестве' 1500 куб. футов в минуту. Энергия воды, проходящей через плотину, преобразуется в электроэнергию, продаваемую штатам Аризона и Калифорния и Лос-Анджелесу. Часть объема водохранилища, примерно 9,5 млн. акр-футов, резервируется для регулирования пиков паводков, которые могут вызвать разрушительные наводнения ниже по течению, что особенно характерно для долины Импириал. Помимо решения этих четырех комплексных задач (орошения, водоснабжения, выработки гидроэлектроэнергии и борьбы с наводнениями), водохранилище создавалось с целью улучшения условий судоходства в нижнем течении Колорадо. Судоходство имеет чисто теоретическое значение, однако именно ему принадлежит главенствующая роль: улучшение условий судоходства явилось конституционным предлогом для федеральных усилий по осуществлению проекта такой значимости.
Сооружение плотины Гувера было утверждено Законом 1928 г. о проекте Боулдер-Каньон на основе договоренности между штатами. Впервые соглашение о распределении запасов воды было заключено между штатами бассейна реки Колорадо в 1922 г. Однако до 1929 г. Закон не был окончательно ратифицирован из-за поправок, внесенных различными штатами, и позиции Аризоны, отказавшейся от каких-либо соглашений. Подготовка к созданию плотины началась десятью годами раньше, при составлении разработок в Бюро мелиорации, когда были проведены первые серьезные исследования возможности использования реки в качестве источника энергии. Эти исследования привнесли в решение главной задачи уже накопленный опыт по созданию многочисленных менее масштабных и сложных планов использования рек в западных штатах.
К моменту принятия решения о строительстве плотины Гувера в мире уже существовало несколько заслуживающих внимания проектов крупных многоцелевых водохранилищ. Были составлены и многочисленные проекты, преследовавшие две или три цели, однако большинство из них не предусматривало строительства водохранилищ. Последние были характерны преимущественно для Западной Европы и Запада США. В Рурско-Вестфальском районе примерно в конце прошлого века была создана серия из семнадцати небольших плотин. Основным их назначением являлось создание запасов воды для промышленного и городского водоснабжения, для выработки электроэнергии и для ослабления паводков9. Мельничные плотины задерживали воду для нужд промышленности и вращения водяных колес; иногда вода использовалась для водоснабжения городов, но в любом случае это были типично одноцелевые, небольшие но высоте сооружения. С появившейся в 1891 г. возможностью передачи электричества на большие расстояния производство гидроэлектроэнергии стали комбинировать с другими задачами. Так, в 1911 г. на водохранилище Рузвельта на Солт-Ривер в США Бюро мелиорации объединило выработку электроэнергии с созданием запасов воды для орошения. Вопрос же о целесообразности создания водохранилища Хетч-Хетчи на землях национального парка в целях улучшения коммунального водоснабжения и обеспечения электроэнергией Сан-Франциско занимал общественное внимание с 1913 г. вплоть до начала его строительства в 1924 г.
Для Южной Америки, Азии или Африки не характерно создание многоцелевых проектов водохранилищ. Это не означает, конечно, что водохранилища там не использовались для нескольких целей или что концепция многоцелевого проекта не привлекала внимания общественности. Ирригационные запруды, созданные в Индии под британским руководством как мера по борьбе с голодом в засушливых районах, предусматривали использование некоторого количества воды для хозяйственно-бытовых нужд, что крайне актуально в безводных районах. На подходящих участках оросительные каналы использовались также для судоходства. Новые знания об электричестве позволили инженерам устанавливать электротурбины иа концах водопроводов для обеспечения городов электричеством. Согласно некоторым проектам по спрямлению русл, генераторы устанавливались в местах навигационных шлюзов. Таким образом, вырабатывалась электроэнергия, которая в противном случае безвозвратно терялась бы. В Восточной Азии водохранилища в низовьях рек сочетали судоходство или регулирование паводков с использованием воды для орошения.