Водные ресурсы Среднего Урала

Водные ресурсы Среднего Урала

Министерство образования Российской Федерации

Уральский Государственный Педагогический университет

Географо–биологический факультет

Кафедра физической культуры

Тема:

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ СРЕДНЕГО УРАЛА, СОСТОЯНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ В ШКОЛЬНЫХ КУРСАХ ГЕОГРАФИИ

Выпускная квалификационная работа

Исполнитель:

ст - ка Галямова О.А., гр. 51ЗО ГБФ

Преподаватель:

к.г.н., доцент Исаков Н. С.

Екатеринбург

2004

Содержание

Введение

Глава 1. Природные условия формирования водных ресурсов

1.1.          Геология и рельеф

1.2.          Климат

1.3.          Почвы и растительность

Глава 2. Водные ресурсы Урала

2.1.Реки

2.2. Озера и водохранилища

2.3. Подземные воды

Глава 3. Влияние хозяйственной деятельности человека на водные ресурсы

3.1. Общие факторы влияния

3.2. Источники загрязнения вод на Среднем Урале

 3.3. Химическое и биологическое загрязнение водных ресурсов

Глава 4. Возможности изучения поверхностных вод в школе

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

водный ресурс урал

Водные ресурсы представляют собой весьма важную часть природных ресурсов земного шара, к которым относятся также растительный и животный мир, почвы, подземные ископаемые и т.д.

Водные ресурсы в широком смысле — это все природные воды Земли, представленные водами рек, озер, водохранилищ, болот, ледников, водоносных горизонтов, океанов и морей, почвенной влагой и парами атмосферы.

Водные ресурсы в более узком смысле — это природные воды, которые используются в хозяйственных нуждах в настоящее время и могут быть использованы в обозримой перспективе. В такой трактовке водные ресурсы — категория не только природная, но и социально-историческая.

Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод. Ресурсы пресных вод складываются из, так называемых, статических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов.

Вода не только элемент природной сферы, но и активный геологический и географический фактор: она служит носителем механической и тепловой энергии, транспортирует вещества, совершает работу. Вода, благодаря своей подвижности, играет важнейшую роль в обмене веществом и энергией между геосферами и различными географическими районами.

Поистине универсальная роль воды в природе объясняется ее своеобразными и во многом аномальными физическими и химическими свойствами. Благодаря этим свойствам вода определяет не только все процессы в водных объектах, но и многие особенности климатических, метеорологических и геоморфологических процессов на Земле.

Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная.

Вода как важная часть входит в состав всех организмов в количестве от 60 до 99,7%. В наземных растениях 70—90% воды, в водорослях 90—98%. Медузы на 95—98% состоят из воды, в рыбах ее около 70%. Млекопитающие содержат 63—68% воды. Сам человек на 65% состоит из воды.

Вода также необходима для существования организмов: ее потребляют и животные и растения. Огромные объемы воды фильтруют самые распространенные на Земле животные — беспозвоночные (простейшие, кишечнополостные, моллюски, губки, ракообразные и др.), живущие в водах океана и водоемов суши. Большие количества воды (превышающие даже величину речного стока) пропускают через себя растения. Главный механизм этого процесса — поднятие воды по капиллярам тканей растений и транспирация (физиологическое испарение).

Хотя вода на Земле в целом – это в основном возобновляемый природный компонент, водные ресурсы в отдельных районах подвержены антропогенному истощению и загрязнению.

Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становится исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира.

Проблема сохранения водных ресурсов на Среднем Урале стоит особенно остро, так как Урал относится к крупной промышленной зоне. Здесь размещены крупные металлургические, горнодобывающие, химические, энергетические и машиностроительные предприятия.

Ввиду актуальности данного вопроса, проблеме экологии природных ресурсов посвящено много трудов ученых – исследователей. В основном – это статьи в периодической печати или в соответствующих сборниках, иногда небольшие отдельные труды. Среди них наиболее интересны: С.Л. Вендров «Жизнь наших рек», С.Н. Крицкий «О направлении исследований в области теории использования водных ресурсов», В.В. Куприянов «Гидрологические аспекты урбанизации», И.С. Шахов «Водные ресурсы и их рациональное использование», А.М. Черняев «Управление водными ресурсами Урала» и некоторые другие.

К сожалению, эти исследования относятся к 1990 – м годам. Более новой литературы по исследованиям водных ресурсов Урала практически нет.

Однако много интересных предложений по преподаванию географии родного края в школе можно встретить в журналах «География в школе». Это статьи: В.Н.Дронов, И.И Баринова., В.Я. Ром «География России. Урал», Д.Я. Раткович. «Влияние хозяйственной деятельности на экологию Урала», И.В. Леонтьев «Геологические экскурсии в России» и т.д.

На основе переработки и обобщения всей имеющейся информации по этой теме и создана данная дипломная работа.

Для того, чтобы сохранить природные ресурсы, необходимо с детства воспитывать у детей бережное отношение к ним.

Цель данной дипломной работы: рассмотреть водные ресурсы Среднего Урала, их современное состояние и рассмотреть формы и особенности преподавания этого раздела на уроках географии в средней школе.

В связи с данной целью определены и задачи работы:

§  исследовать природные условия формирования водных ресурсов

 Среднего Урала;

§  представить характеристику поверхностных вод данного региона;

§  дать понятие водного режима, выявить причины изменения речного стока; проанализировать влияние сооружения водохранилищ на изменение стока рек;

§  исследовать влияние хозяйственной деятельности человека на водные ресурсы;

§  выявить основные источники загрязнения вод на Среднем Урале;

§  охарактеризовать возможности изучения поверхностных вод на уроках географии в школе;

§  разработать проект проведения практических занятий по географии в старших классах средней школы.

Объектом исследования в данной работе явятся водные ресурсы природно - географического комплекса Среднего Урала.

Предмет исследования –водные ресурсы.

Данная работа может быть полезной для учителей средней школы при подготовке к урокам географии при изучении водных ресурсов Среднего Урала.

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

1.1.         Геология и рельеф

В геологическом отношении Урал представлял собой в прошлом геосинклинальную область. Простираясь в меридиональном направлении, геоксиналь соприкасалась на западе с Русской платформой, а на востоке с Сибирской платформой [ 12, с. 16 ]. В первую фазу развития в течение палеозойской эры Урал был в основном морским бассейном, сравнительно узким и неглубоким. Прогибание земной коры сопровождалось накоплением морских отложений, изредка прерывавшимся небольшими поднятиями.

В конце пермского периода завершается геоксинальный этап развития Урала, формируются его складчатые структуры. С начала мезозоя начинается этап платформенного развития Урала, разрушение его структур. За мезозой палеозойские горы Урала были деннудированы до мелкосопочного пеноплена. Только в неогене активизация тектонического режима обусловила возрождение горного рельефа. В пределах Среднего Урала, где новейшие тектонические движения были довольно слабыми (поднятия не превышали 300 м), сформировался низкогорный рельеф в осевой его части, а горную полосу с запада и востока сопровождают предгорья с увалистым рельефом и пенопленом на восточной его окраине (рис.1).

Средний Урал – район низких гор, широких межгорных долин и увалистых западных и восточных предгорий и полосы Зауральского пеноплена. Основу горной полосы Среднего Урала составляют Центральное Уральское поднятие и западное крыло Тагильского прогиба (главный уральский глубинный раскол). Западные предгорья находятся в пределах Западной покровно – складчатой мегазоны, тектоническую основу восточных предгорий Среднего Урала составляет тагильская мегазона, а Зауральского пеноплена – Восточно – Уральская мегазона (рис. 2).

Высота горных хребтов, имеющих облик увалов, не превосходит в среднем 500 – 600 м, лишь на севере они достигают почти 1000 м (высшая точка Среднего Урала – Басеги имеет 993 м.), свойственная Уралу горная полоса (осевая зона) прослеживается здесь с трудом [12, с. 18]. Основную территорию занимает пенепленизированная равнина с проходящей по ней узкой прерывистой полосой останцовых возвышенностей. Ее формирование приходится на мезозойско – палеогеновое время.

В мезозойское время, под действием энергичного размыва Урал приобрел вид низкогорной страны, состоящей из небольших возвышенностей, кряжей и расчлененной речными долинми. С этим временем связано распространение на выровненных поверхностях древнего покрова из продуктов выветривания.

Яркое отражение в рельефе Среднего Урала получили молодые поднятия, начавшиеся в неогене и достигшие максимума в четвертичное время. Эти поднятия, проявившееся в начале на западе, распространялись неравномерно и захватили больше всего западные склоны Южного и Среднего Урала. О них свидетельствуют глубоко врезанные меандры Чусовой, Серги и другие омоложенные речные долины, каньонообразная форма участков долин в местах пересечения ими горных хребтов, встречающиеся местами висячие долины и высокие речные террасы восточного макросклона Среднего Урала.

Уральские горы состоят из осевой полосы, включающей водораздельный хребет и предгорий – западных и восточных. На Северном Урале и на части Среднего Урала (до широты г. Нижнего Тагила) горная полоса выражена отчетливо. Водораздельная гряда хребтов называется на Северном Урале поясовым Камнем, а на Среднем – Уральским хребтом. Линия водораздела, разграничивающая бассейны Камы и Оби, очень извилиста и нередко перемещается на совсем незначительные возвышенности. Южнее Нижнего Тагила выделение осевой зоны затруднено. Водораздельная полоса сильно снижается и в районе Екатеринбурга расчленяется на отдельные увалы и увалоподобные хребты, отклоняясь от меридиана 60 0 в. д. к юго – востоку [ 12, с. 18 ]. В этой части Среднего Урала главный хребет перерезает р. Чусовая, берущая начало на восточных склонах. Водораздел проходит через Веселые горы, гору Сухарную, гору Волчиху, Каслинско – Сысертский кряж.

Важной частью рельефа Среднего Урала являются речные долины. Многие долины отличаются чередованием продольных и поперечных участков. В верховьях долины рек располагаются в широких меридиональных депрессиях, сответствующих обычно тектоническим структурам. В местах пересечения хребтов они сужены, стеснены окружающими их возвышенностями и нередко имеют вид скалистых ущелий. Образование участков долин, лежащих вкрест простирания хребта, связывают с приуроченностью к этим местам погружений осей складок, тектонических нарушений и с другими причинами. Согласованность широтных русел со структурными особенностями Урала впервые доказал своими исследованиями А.А. Григорьев (1925).

Для рек Среднего Урала обычно наличие остатков широкой древней долины и врезанной в нее на несколько десятков метров более молодой узкой долины. Соответственно различают два комплекса речных террас и аллювиальных отложений – нижний и верхний (Комар, 1989). Часто встречается ассиметрия широтных долин, у которых склоны, обращенные на север, чрезвычайно пологие, а склоны, обращенные на юг, резко холмисты или обрывистые. Это явление объясняют климатическими факторами (инсоляцией и др.), а также другими причинами, в частности тектоническими движениями и особенностями динамики самого речного потока (Хабаков, 1934) [ 24, с. 51 ].

Урал и западный макросклон Среднего Урала относятся к территориям со значительным развитием карстового рельефа – карстовых воронок, провалов, колодцев и шахт, пещер и т.п. Известна Кунгурская ледяная пещера. В карстовых районах немало подземных (исчезающих) рек, слепых долин, карстовых источников (в бассейне реки Чусовой, Уфы), а также карстовых озер. Преимущественное развитие карста на западных макросклонах связано с большим распространением здесь легко размываемых гипсовых толщ, карбонатных пород (известняков, доломитов) и соленосных отложений.

Широко развит древний карст, особенно мезозойского возраста (Гинзбург, 1958). Весьма распространен погребенный древний карст, не выраженный в рельефе. Так, в Висимском районе на Среднем Урале, где выявлен древний карст, размеры подземных провалов достигают иногда нескольких сотен метров в длину и более 100 м в глубину. Карстообразные процессы протекают на Урале и сейчас, о чем свидетельствуют, в частности, случаи образования провальных котловин (район Бисерти) и оседаний железнодорожного полотна [ 24, с. 54 ].

1.2 Климат

Удаленность Урала от Атлантического океана определяет общую континентальность его климата. С севера Урал открыт влиянию холодного Северного Ледовитого океана, а с юга—засушливых районов Казахстана.

Велико воздействие на климат и горного рельефа. Из-за меридионального протяжения гор климат восточного склона Урала и Зауральского пеноплена заметно континентальнее и суше, чем климат западного склона.

Меняется в горах климат и по вертикали. С высотой снижается температура воздуха, возрастают осадки, облачность, усиливаются ветры и климат вершин Урала много суровее по температурному режиму и влажнее, чем внизу, у подножия склонов.

Разнообразие местных климатических условий в горах Урала усиливают температурные инверсии, горно-долинные, фёновые ветры и пр.

Солнечная радиация

На Урале велики различия в количестве солнечной радиации, которая поступает в его крайние северные и южные районы. Последние получают ее почти в два раза больше. Так, годовая сумма радиации на Северном Урале, получаемая 1 см2 поверхности, около — ккал , а на Южном Урале—100. Еще больше различия в величине годового радиационного баланса.

Атмосферная циркуляция

В формировании климата Урала велика роль западного переноса воздуха. В течение всех сезонов Средний Урал испытывает влияние воздушных масс, переносимых с Атлантического океана. Воздушные массы Атлантического океана, проходя над Европой, теряют часть влаги и изменяют термические свойства, приобретая черты континентальных воздушных масс.

Зимой более теплый воздух с Восточно – Европейской равнины перетекает через горы и, не спускаясь, направляется далее на восток над холодным сибирским воздухом. Летом, переваливающий через горы воздух, спускается по восточному склону, нагревается и при этом удаляется от точки насыщения. Поэтому на восточном склоневыпадает в течение года осадков меньше, чем на западном (до 600 – 400 мм).

Невысокие горы Урала мало препятствуют их распространению. Все же они заметно ослабляют движение к востоку воздушных масс, задерживают продвижение циклонов, иногда их усиливают.

Вместе с тем Уральские горы не препятствуют передвижению воздушных масс в меридиональном направлении. Холодный арктический воздух нередко зимой проникает вдоль Урала далеко на юг. Наоборот, с юга воздух летом распространяется вдоль гор к северу. Такая меридиональная циркуляция особенно характерна на восточной стороне горной полосы, и с ней связана большая изменчивость погоды весной и осенью. Неустойчива на Урале погода и летом.

Для климата Урала характерна частая смена воздушных масс, развитие фронтальных процессов на арктическом и полярном фронтах и неустойчивость различных типов погоды. Циклоны с запада приносят летом дожди и прохладную погоду. Длительное ненастье бывает, когда горная полоса Урала задерживает и обновляет циклоны.

Ветры

Преобладание западного переноса воздушных масс объясняет господство на Урале во все сезоны года ветров западных направлений. Нередки и северные ветры, а всего реже наблюдаются ветры с востока.

Температура

При общей континентальности климата зимы на Урале довольно суровы и морозы могут достигать 50°. Даже на самом юге Урала температура опускается до —40°. Это объясняется формированием холодного континентального воздуха и в южных районах.

Продолжительность зимы на Среднем Урале не менее 5 месяцев, а на уральском севере и до 9 месяцев. Снежный покров на Среднем Урале устанавливается в ноябре и держится по март - месяц включительно. Обилие снега увеличивает весенний сток горных уральских рек и рек западного склона, делает половодье у них более высоким и растянутым.

На Среднем Урале лето умеренно теплое. В июне на всем Урале наибольший приток солнечного тепла и радиационный баланс имеет положительное значение. В это время циркуляция атмосферы переходит на летний режим: полярный фронт передвигается на Урал и под воздействием рельефа происходит обострение фронтов в проходящих циклонах. Эти явления вызывают увеличение облачности и осадков, усиливается грозовая деятельность.

Осадки

Горный рельеф усиливает увлажнение Урала, и в горах почти везде годовая сумма осадков более 550—600 мм.

Летом выпадает наибольшее количество осадков и достигает примерно 35—50% годового количества. Твердые осадки составляют 20—30% годового количества. Летние осадки выпадают преимущественно в центральной горной части и меньше на склонах, а зимой больше на склонах. Это связано с инверсией температуры. Нулевая изолиния средней годовой разности осадков и испаряемости проходит через Южный Урал. Только южные горы имеют недостаточное увлажнение, а остальные части Урала достаточно увлажнены. Относительная влажность воздуха в в лесных районах Среднего Урала в летние периоды достигает 60—65 %.

1.3 Почвы и растительность

Вследствие зональных различий климата, растительности, особенностей горного рельефа разнообразен почвенный покров Среднего Урала.

Субстратом почв на Среднем Урале служат продукты выветривания осадочных и кристаллических пород, образующих элювиальные и делювиальные отложения склонов и междуречий. В горах это обычно грубый (щебнистый и каменистый) элювий кристаллических и метаморфических пород.

Песчаные грунты способствуют оподзоливанию почв, глинистые — их заболачиванию, а карбонатность субстрата вызывает обогащение их кальцием и формирование более плодородных перегнойно-карбонатных почв.

На восточном склоне, где распространены песчаные грунты, почвы чаще имеют легкий механический состав, а на западном склоне преобладают их глинистые разности, нередки здесь и перегнойно-карбонатные почвы. В горной полосе почвы лучше дренированы, но каменисты, щебнисты и маломощны из-за процессов смыва. Они образуют высотные почвенные пояса.

Наиболее распространены на Среднем Урале почвы горно-лесного пояса (горно-таежные подзолистые и кислые лесные неоподзоленные). Под лесом почвообразование определяется подзолистым процессом. При влажном и умеренно холодном климате тайги продукты распада минералов вымываются, частично задерживаясь в нижнем горизонте почвы. Выше возникает белесый по окраске подзолистый горизонт, обогащенный кварцем.

Наряду с подзолистым всегда протекает и дерновый процесс, заключающийся в образовании перегноя из остатков травянистой растительности, в создании почвенной структуры. К северу под моховым хвойным лесом оподзоливание идет особенно интенсивно, а дерновый процесс слабо и развиваются типичные подзолистые почвы. К югу лесной зоны, где больше травянистой растительности, лиственных деревьев, дерновый процесс усиливается, подзолистый ослабевает и образуются дерново – подзолистые почвы.

На Среднем Урале и в лесном Зауралье расположена подзона дерново-подзолистых почв, содержащих больше перегноя и обычно менее оподзоленных. Дерново-подзолистые почвы плодороднее подзолистых и сравнительно широко используются под пашни. Однако они нуждаются в удобрениях, известковании и других агротехнических мероприятиях.

Серые лесные почвы, развивающиеся под лиственными лесами, по содержанию гумуса и выраженности процессов выщелачивания являются переходными от почв дерново-подзолистых к черноземным. Они распространены под смешанными и широколиственными лесами

По долинам крупных рек тянутся полосы аллювиально-пойменных (луговых) почв. Развитие их идет по дерновому типу, осложняясь периодическими затоплениями пойм. Луговые почвы по долинам Уфы, Белой, Чусовой, Тагила и других рек богаты гумусом и плодородны, но площади их невелики.

Ледниковая эпоха оказала на развитие растительности, как и всей природы Урала, очень большое воздействие. Растительный покров Урала сложился лишь в послеледниковое время (13—20 тыс. лет тому назад).

Средний Урал находится в лесной зоне. Леса—самый распространенный тип растительности на Урале. Они состоят из сибирских хвойных пород: ели, пихты, кедра, лиственницы, но в них широко распространены также сосна и мелколиственные породы (береза и осина).

Ель сибирская (Picea obovata) растет на Урале от Полярного круга и до верховьев Белой на Южном Урале. Меньше ареалы пихты сибирской (Abies sibirica) и кедра сибирского (Pinus sibirica). Кедр исчезает южнее широты Нижнего Тагила.

Лиственница Сукачева встречается как примесь в лесах Среднего Урале. Сосна (Pinus siluestris) и березы (Betula verrucosa и В. ри-bescens) растут по всему Уралу, кроме Полярного. В более южных районах появляется осина. На западном склоне Урала распространены немногие широколиственные породы.

Темнохвойные леса из ели и пихты, в северных районах с кедром, господствуют на лучше увлажненном западном склоне и в осевой полосе Уральских гор.

Составляя восточную окраину области европейских широколиственных лесов, уральские смешанные и широколиственные леса характеризуются бедностью состава пород деревьев, как и сопутствующих кустарников и трав, сравнительно с западными районами Восточно – Европейской равнины.

Березовые леса возникали как вторичные древостои после вырубок или лесных пожаров, поскольку береза – дерево скороспелое и светолюбивое. Поэтому в березняках травяной покров богаче, чем в хвойных лесах.

На равнине таежного Зауралья типична растительность сфанговых и сфангово-травяных болот, часто залесенных—покрытых разреженным и угнетенным сосновым лесом или березняком. Участки таких болот встречаются и в предгорьях Среднего Урала, где нередко заболочены межувалистые понижения.

В долинах рек часто встречаются широкие поймы с лугами. Горно-луговая растительность занимает на Среднем Урале небольшие площади. Она больше развита на лучше увлажненных хребтах западного склона Среднего Урала.

Леса — одно из главных богатств Среднего Урала. Запасы древесины на Урале велики, но большая часть лесов — горные, эксплуатация которых сложнее и должна вестись с учетом водоохранного значения. Леса отчасти служат и пастбищами. В лесах много ягод, грибов, а на севере собирают и кедровые орехи.

Таким образом:

§  Урал расположен между двумя тектоническими структурами: к западу – Русская платформа, к востоку – Западно – Сибирская плита. Средний Урал – район низких гор, широких межгорных долин и увалистых западных и восточных предгорий и полосы Зауральского пеноплена.

§  Рельеф Среднего Урала обусловил его климат. Для климата Урала характерна частая смена воздушных масс, развитие фронтальных процессов на арктическом и полярном фронтах и неустойчивость различных типов погоды.

§  Вследствие зональных различий климата, особенностей горного рельефа разнообразен почвенный покров и растительность Среднего Урала. Наиболее распространены на Среднем Урале почвы горно-лесного пояса (горно-таежные подзолистые и кислые лесные неоподзоленные).

§  Средний Урал расположен в лесной зоне. Леса—одно из главных богатств Среднего Урала.

Глава 2. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ СРЕДНЕГО УРАЛА

2.1 Реки Среднего Урала

Благодаря большой массе воды на поверхности Земли и особенностям ее тепловых свойств гидросфера Земли регулирует тепловые процессы, поглощая в среднем 77 % поступающей к земной поверхности солнечной энергии (по данным А.М. Черняева), передавая ее затем в атмосферу в результате испарения и последующей конденсации водяного пара (84 % всего радиационного баланса Земли), а также путем турбулентного теплообмена.

Природные воды подразделяются на возобновляемые и вековые. К первым относятся речной сток, приток воды в озера, моря и океаны, сток деятельного горизонта болот, возобновляемые запасы ледников и снежников, почвенная влага и подземные воды (табл. 1).

Таблица 1

Природные водные ресурсы России

*) — возобновляемые ресурсы болот, ледников и подземных льдов участвуют в речном стоке и возобновляемых ресурсах (притоке) в озера;

**) — показаны объемы потенциальных эксплуатационных ресурсов, утвержденных запасов и подготовленных к использованию.

На карте Урала видна густая речная сеть в полосе гор и в лесистых приуральских районах. По краю восточных предгорий на Среднем Урале протянулась гирлянда больших и малых озер.     

Речная сеть на Урале, по мнению многих авторов, древняя, и формирование высоких речных террас шло одновременно с поверхностями выравнивания и пропиливанием гор. Поэтому для Урала характерен ортогональный рисунок речной сети, т.е. чередование продольных широтных отрезков речных долин с узкими глубокими, крутостенными поперечными.

Водный режим рек зависит от комплекса физико-географических факторов, среди которых важнейшая роль принадлежит факторам метеорологическим и климатическим [ 22, с. 117 ]. Поскольку эти факторы на Земле подвержены целой гамме разнопериодных изменений, в водном режиме рек также проявляются колебания различной длительности.

Под водным режимом рек понимают закономерные изменения стока, скорости течения, уровней воды и уклонов водной поверхности, прежде всего во времени, но также и вдоль реки.

При этом у каждой конкретной реки изменяется водность, т. е. относительная величина речного стока за тот или иной период по сравнению со средним стоком этой же реки за многолетний период или за другие периоды.

В водном режиме и водности рек выделяют прежде всего вековые, многолетние, внутригодовые (сезонные) и кратковременные колебания. Вековые колебания водности рек отражают вековые изменения климатических условий и увлажнения материков с периодом сотни и тысячи лет. О вековых колебаниях водности рек известно мало, хотя палеогеографические исследования и свидетельствуют о том, что в истории различных регионов планеты были периоды, когда водность рек была существенно больше, чем сейчас.

Многолетние колебания водности рек также имеют в основном метеорологическую природу. Периодичность таких колебаний — десятки лет. О многолетних изменениях водности за последние 50— 100 лет известно значительно больше, чем о вековых колебаниях. Данные непосредственных наблюдений свидетельствуют о том, что многолетним колебаниям подвержен и суммарный сток всех рек земного шара и сток отдельных рек [ 22, с. 119 ].

При анализе многолетних колебаний водности рек следует различать естественную и антропогенную изменчивость. Первая из них обусловлена лишь метеорологическими факторами, вторая — искусственным изменением стока (забором вод на хозяйственные нужды, безвозвратными потерями стока, сопутствующими преобразованию режима рек, например, созданию водохранилищ).

У таких рек Среднего Урала, как Исеть, Пышма и др. четко прослеживается систематическое уменьшение водности, обусловленное антропогенными факторами.

Внутригодовые (сезонные) колебания водности рек обусловлены сезонными изменениями составляющих водного баланса речного бассейна и связаны с источниками питания.

Климатические условия обуславливают режим питания рек. Влияние климата на реки проявляется через источники питания: дождевое, снеговое, грунтовое (подземное), ледниковое, смешанное [ 27, с. 106 ]. Знание режима важно для планирования работы ГЭС, транспорта, лесосплава, рыбного хозяйства, орошения. Реки Среднего Урала района питаются преимущественно талыми снеговыми водами, составляющими обычно более половины их годового стока. Важное значение в питании большей части рек (кроме карстовых районов) имеет дождевое питание и грунтовые воды (см. рис. 3), хотя количество осадков холодного периода значительно меньше, чем летнего. Это связано с тем, что дожди расходуются не только на поверхностный сток, но идут и на испарение, и на просачивание в почву, и на поглощение растительностью.

Благодаря усиленной конденсации атмосферных осадков в горах и предгорьях Уральские горы сильно повышают водность горных, а также равнинных рек района, нарушая широтную зональность в распределении стока. Средний годовой сток достигает в высоких частях Среднего Урала 20 – 12 л / сек. с 1 км2 [ 24, с. 76 ].

В таблице 2 представлены колебания воды в некоторых реках Среднего Урала.

Таблица 2

Среднее внутригодовое распределение стока рек Среднего Урала (в процентах от годового) (по данным справочника водных ресурсов )

Рис. 3. Внутригодовое распределение стока рек СреднегоУрала Нейвы и Исети по временам года

Кратковременные колебания водности рек могут быть прежде всего естественными и обусловленными как метеорологическими факторами так и геологическими процессами [ 26, с. 72 ]. В качестве примера кратко-временных колебаний водности рек можно привести резкие дождевые паводки.

Кратковременные колебания водности рек могут быть обусловлены и антропогенными факторами. К числу таких колебаний относятся пропуски в нижние бьефы гидроузлов.

Когда говорят о колебаниях водности рек, то имеют в виду прежде всего изменения стока воды. Однако одновременно с изменением стока воды в реках изменяются и другие характеристики, например скорость течения и уровень воды, т. е. высота поверхности воды в данном створе реки. В большинстве случаев колебания уровня воды следуют за колебаниями стока и ими определяются.

Речной сток — главный элемент возобновляемых водных ресурсов. Это одновременно и процесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающей воды [ 26, с. 74 ]. Сток воды – один из важнейших физико – географических и геологических факторов. Сток включает поверхностную и подземную части. Поэтому практически любое использование вод в народном хозяйстве сказывается на режиме рек. Например, забор подземных вод в большинстве случаев рано или поздно должен отразиться на режиме рек, связанных с грунтовыми водами.

На Урале и в Приуралье много рек и речек, суммарный сток которых превышает 150 км3 в год (Черняев) [ 27, с. 113 ]. Наиболее полноводные те, что начинаются на западных склонах и несут свои воды в Каму или Печору, менее водоносны реки восточного склона, принадлежащие бассейну Оби.

Наиболее крупные реки Среднего Урала: Сысерть, Чусовая, Исеть, Пышма, Тагил, Салда, Ляля, Сылва. Тура и ее притоки: Тагил, Нейва, Реж, Пышма, а также Исеть тоже начинаются на Среднем Урале.

На юго – западе Свердловской области в горах и западных предгорьях Среднего Урала течет одна из самых известных уральских рек – Чусовая). К югу от Чусовой среди западных предгорий протекает Уфа. Из притоков Уфы наиболее значительны реки Бисерть, Серга, собирающие воды в горной полосе Среднего Урала. При формировании речной сети и размыве истоки рек обоих склонов Уральского хребта сближались между собой и нередко происходил даже перехват верховьев одних рек другими. Расстояние между истоками рек западного и восточного склонов составляет иногда лишь несколько километров или несколько сотен метров. Это облегчает их соединение в местах понижения хребта, например в бассейнах Чусовой, Исети и Тагила.

Большое влияние на гидрографию района оказывают горы. Быстрое течение, пороги, обилие камней, узкое усло являются отличительными особенностями горных участков многих рек. Прорываясь через хребты, горные потоки мчат свои воды в каньонах, достигающих местами 80 – метровой высоты. Они успокаиваются, протекая по широким продольным понижениям между хребтами, но снова делаются быстрыми, прорезая хребты и увалы. Особенно живописна долина Чусовой, которая врезаясь в горные породы, образует многочисленные береговые утесы.

Стекая по ступенчато падающим западным склонам и прорезая холмы предгорий, реки постепенно утрачивают черты горных рек [ 27. с. 85]. На восточной стороне гор реки быстрее теряют горный характер.

Речной сток - это результат трансформации атмосферных осадков в процессе их стекания по водосбору (поверхностным, внутрипочвенным, грунтовым путем) и в русловой сети. Он образуется под влиянием комплекса факторов (климатических и факторов подстилающей поверхности), роль и вклад которых в формирование различных характеристик стока неодинаковы, что зависит не только от вида (годовой, сезонный, максимальный, минимальный), но и от продолжительности осреднения стока (текущий, средний, многолетний) [ 27, с. 38 ].

В условиях замкнутых водосборов, когда водоток полностью дренирует воду со всей водосборной площади, средний многолетний годовой сток зависит главным образом от климатических показателей - осадков и испарения. Остальные факторы (почвы, растительность, рельеф, озера, болота, размер бассейна, его морфометрия) влияют на средний сток постольку, поскольку они влияют на осадки и испарение.

По внутригодовому распределению стока реки Среднего Урала принадлежат к группе с весенним половодьем. На весну приходится 40 – 60 % и более объема годового стока [ 27, c. 124 ]. Гидрологический режим горных рек (горные участки рек Исети, Чусовой и др.) отличается рядом особенностей. Вследствии слабой естественной зарегулированности стока в горах в период весеннего половодья уровни воды колеблются весьма резко. Интенсивные летние ливни, особенно характерные для восточного склона, при малой проницаемости горных почв и крутых уклонах вызывают мощные паводки, иногда превосходящие весенние.

Весенние разливы принимают иногда характер катастрофических наводнений. Годовые амплитуды уровней достигают местами 8 – 12 м, и реки разливаются на многие километры. Это нередко требует сооружения дамб, более низких мостов, устройства временных переправ, затрудняет заселение низких, часто затопляемых берегов. В то же время подъемы воды делают на короткий срок пригодными для сплава даже небольшие реки и способствуют повышению плодородия пойменных почв.

Влияют на речной сток и многочисленные виды хозяйственной деятельности в речных бассейнах, на первый взгляд с реками непосредственно и не связанные. В этом проявляется важная роль природных вод как индикаторов состояния природной среды в целом.

Уравнение баланса годового стока для средних многолетних условий можно записать в виде:

у = Р - Z,                                                                      (1)

где у - слой годового стока;

Р и Z - соответственно годовой слой осадков и испарения.

В зонах избыточного и достаточного увлажнения, где испарение с почвы близко к испарению с водной поверхности, данное уравнение справедливо для средних и малых водосборов при использовании зональных значений осадков и испарения [ 27, с. 41 ].

На водосборах с незамкнутым водным балансом в формировании речного стока участвуют не все подземные воды. Часть из них фильтруется в более глубокие горизонты и выклинивается за пределами водосбора. Поэтому даже для средних многолетних условий в правую часть уравнения добавляют еще один член, показывающий, какое количество воды (DW) перетекает подземным путем за пределы водосбора [ 27, с. 43 ]:

у = Р – Z - (DW)                                                           (2)

Во внутригодовом (сезонном) режиме рек выделяют ряд характерных периодов (фаз) в зависимости от изменения условий питания и особенностей водного режима. Для рек различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень.

Половодье — это фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях в один и тот же сезон и характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и продолжительным подъемом уровня воды. Половодье часто сопровождается выходом воды на пойму. Половодье формируется как талыми снеговыми, так и дождевыми водами. Таяние снега на равнинах вызывает весеннее половодье, таяние высокогорных снегов и ледников, а также выпадение длительных и сильных летних дождей (например, в условиях муссонного и тропического климата) — половодье в теплую часть года (т. е. весенне-летнее или летнее половодье). Половодье, особенно обусловленное дождями, нередко имеет многовершинную форму.

Паводок — это фаза водного режима, которая может многократно повторяться в различные сезоны года и характеризуется интенсивным, обычно кратковременным увеличением расходов и уровней воды, и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. В отдельных случаях расход воды паводка может превышать расход воды половодья, в особенности на малых реках. Различают однопиковые и многопиковые паводки, одиночные паводки и паводочные периоды, когда на реке проходят серии паводков. Иногда паводок накладывается на волну половодья. Кратковременные резкие паводки, в частности вызванные не метеорологическими факторами, относят уже не к сезонным фазам режима реки, а к кратковременным его нарушениям.

Межень — это фаза водного режима, ежегодно повторяющая в один и тот же сезон, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствие уменьшения питания реки. В межень реки обычно питаются только за счет подземных вод.

Будучи органически связанным с реками, человечество в процессе становления и развития цивилизации неизбежно вынуждено было вмешиваться в их естественную жизнь, приспосабливая к своим социальным и хозяйственным потребностям. Самым могучим средством вмешательства явилось регулирования режима стока с помощью водохранилищ, межбассейновой переброски и т.д.

2.2 Озера

Озера по территории СреднегоУрала распределены неравномерно. Их мало в горной полосе и на юго – западе района. Восточные же предгорья Среднего Урала, (низменная Западно – Сибирская часть) изобилует озерами, но среди них нет озер очень больших и глубоких. О происхождении озер восточных предгорий Среднего Урала существуют разные мнения. По А.П, Карпинскому (1949), они возникли под влиянием комбинированного действия эрозии и растворении гнейсов и известняков. По П.И. Кротову (1905) они имеют тектоническое происхождение, занимая сбросовые впадины [ 4, c. 71]. В последнее время высказано предположение, что причина образования озер – неодинаковая амплитуда эпейрогенических движений отдельных участков Урала и Зауралья в новейшую эпоху, обусловившая подпружинивание древних речных долин.

Питаются озера, главным образом, впадающими в них реками, талыми снеговыми водами, и весной уровень озер выше, размеры их увеличиваются. В питании некоторых озер немалое значение имеют ключи и источники.

Многие озера лежат в верховьях рек и являются проточными, но нередки и озера без видимого стока [ 24, с. 78 ]. Это – озера, расположенные среди болот, а также озера в замкнутых понижениях на междуречьях, озера – старицы в долинах. Зимой, озера, как и реки, надолго замерзают.

Среди восточных предгорий Урала выделяются так называемые «горные» озера. Они очень красивы. К таким озерам принадлежит группа озер на юге Свердловской области. В нее входят озера Шарташ, Песчаное, Балтым, Таватуй, Аятское и др.

Глубины этих озер не превышают 5 – 8 м. Вода сравнительно прозрачна, берега в одних местах каменисты и круты, в других – отлоги и зарастают водной растительностью. Есть сильно заросшие озера с илистым дном и темной водой. Практически озеро превратилось в болото.

Кроме естественных озерных водоемов, на территории района есть несколько тысяч прудов, из них около 150 заводских, расположенных большей частью на Среднем Урале. Площадь зеркала некоторых заводских прудов не меньше, чем у крупных озер, она превышает 10 – 15 км2 (Нижне – Тагильский, ВерхИсетский, Невьянский, Нижне – Туринский пруды, и др.) [ 27, с. 129 ]. Они не только украшают города и поселки, но и служат источником водоснабжения.

Превращены в водохранилища и некоторые озера в результате строительства плотин в истоках рек, вытекающих из этих озер. Площадь некоторых озер - водохранилищ превышает 25—30 кв. км. К числу их относятся: Исетское озеро, Волчихинское водохранилище, Черноисточинское водохранилище.

Болота распространены на северо-востоке, где сток затруднен, На плоских междуречьях Зауральского пеноплена, в бассейне реки Туры расположены верховые болота, покрытые мхами. В широких долинах много низинных травяно осоковых болот, немало из которых возникли и путем зарастания озер (Шувакиш). Большие массивы болот весной задерживают талые воды и постепенно отдают их рекам в летнее время.

К югу в пределах Зауральского пеноплена болот становится все меньше. В южных районах верховые болота на междуречьях исчезают, заболоченность сильно сокращается. Низинные болота, иногда совсем небольшие, встречаются в плоских понижениях, западинах, где грунтовые воды находятся близко к поверхности, на речных поймах плоских берегах озер.

Сооружение водохранилищ оказывает на речной сток сильное и разнообразное явление. Большое влияние водохранилища оказывают прежде всего на распределение стока во времени. В большинстве случаев перераспределение стока во времени (регулирование стока) и бывает главной целью сооружения водохранилища [ 26, с. 79 ]. Регулирование стока преследует различные практические цели. Это и обеспечение более равномерным стоком гидроэнергетических установок (ГЭС), и предотвращение наводнений, и накопление воды для целей орошения, и улучшение судоходных условий и т. д.

         В зависимости от степени воздействия водохранилища на внутригодовое распределение стока различают несколько видов регулирования стока (рис. 6). Наиболее частый случай — сезонное регулирование стока, когда перераспределение стока осуществляется в течение года: воды половодья и паводков аккумулируются в водохранилище, а в межень — сбрасываются в нижний бьеф гидроузла (рис. 6а ). Полезный объем водохранилища в этом случае должен быть соизмерим с объемом стока реки за период половодья (паводков) [ 22, c. 198]. В результате сток в течение года ниже водохранилища делается более равномерным.         

Месяцы

Рис. 6. Схема сезонного регулирования стока водохранилищем (по данным И.С. Шахова):

1 - естественные (бытовые) расходы вод,

2 - зарегулированные расходы воды,

3 - объем, накапливаемый в водохранилище,

4 - объем, расходуемый из водохранилища.

При большом полезном объеме водохранилища возможно многолетнее регулирование стока, когда создаются условия для накопления в водохранилище воды в многоводные годы, с тем чтобы получить возможность использовать эту воду в маловодные годы.

Режим сброса воды в нижний бьеф гидроузла полностью контролиру-ется человеком (в пределах, обусловленных полезным объемом водохранилища) [ 22, с. 200 ]. При необходимости такой сброс увеличивается, возникает искусственный паводок, называемый попуском. Такой попуск может иметь в зависимости от потребности различный объем и длительность. Так, на нижней Волге для обеспечения близких к естественным условиям нереста рыб и заливания лугов практикуется так называемый «рыбохозяйственный попуск» в нижний бьеф Волгоградского гидроузла [ 22, с. 201 ]. Длительность такого попуска достигает месяца и более.

Сооружение водохранилищ приводит также к сокращению годового стока рек. Во-первых, на наполнение водохранилищ после их сооружения единовременно изымаются некоторые объемы речных вод. Во-вторых, поскольку с водной поверхности всегда испаряется больше воды, чем с суши, сооружение водохранилищ приводит к увеличению потерь воды на испарение и сокращению стока. Степень уменьшения стока рек вследствие потерь воды на испарение с поверхности водохранилищ зависит от климатических условий и составляет, по А. А. Соколову, 0,8—1% на севере европейской части СССР, 1—3% в Сибири и на Урале, 10—30% на юге европейской части России [ 26, с. 87 ].        

Во все времена человек продолжал регулировать речной сток, стремился упорядочить водный режим, приближая его к своим потребностям. На Среднем Урале насчитывается около 150 водохранилищ. Они используются главным образом для водоснабжения и орошения. Наряду со своим основным назначением большинство водохранилищ используется также и для других целей: рыборазведения, рекреации, туризма и др. Водохранилища осуществляют многолетнее, годовое и более кратковременное регулирование стока. В основном они обеспечивают внутригодовое выравнивание речного стока, «срезая» максимумы расходов половодий и повышая их расходы по сравнению с естественными в меженный период. По данным Ю.М. Матарзина, в целом по бывшему СССР устойчивый сток за счет водохранилищ повысился до 50 % [ 26, с. 81 ].

Основные гидрологические характеристики среднеуральских водохранилищ представлены в таблице 3.

Страницы: 1, 2