Министерство образования Российской ФедерацииУральский Государственный Педагогический университет
Географо–биологическийфакультет
Кафедрафизической культуры
Тема:ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ СРЕДНЕГО УРАЛА, СОСТОЯНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ВШКОЛЬНЫХ КУРСАХ ГЕОГРАФИИ
Выпускнаяквалификационная работа
Исполнитель:
ст — ка Галямова О.А.,гр. 51ЗО ГБФ
Преподаватель:
к.г.н., доцент ИсаковН. С.
Екатеринбург
2004
СодержаниеВведение
Глава 1. Природные условияформирования водных ресурсов
1.1. Геология и рельеф
1.2. Климат
1.3. Почвы ирастительностьГлава2. Водные ресурсы Урала
2.1.Реки
2.2. Озера и водохранилища
2.3. Подземные водыГлава3. Влияние хозяйственной деятельности человека на водные ресурсы
3.1. Общие факторы влияния
3.2. Источники загрязнения вод наСреднем Урале
3.3. Химическое и биологическоезагрязнение водных ресурсов
Глава 4. Возможности изученияповерхностных вод в школеЗаключениеСписокиспользованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
водныйресурс урал
Водные ресурсы представляют собой весьма важную частьприродных ресурсов земного шара, к которым относятся также растительный и животныймир, почвы, подземные ископаемые и т.д.
Водные ресурсы в широкомсмысле — это все природные воды Земли, представленные водами рек, озер,водохранилищ, болот, ледников, водоносных горизонтов, океанов и морей, почвеннойвлагой и парами атмосферы.
Водные ресурсы в болееузком смысле — это природные воды, которые используются в хозяйственных нуждахв настоящее время и могут быть использованы в обозримой перспективе. В такойтрактовке водные ресурсы — категория не только природная, но исоциально-историческая.
Наиболее ценными воднымиресурсами являются запасы пресных вод. Ресурсы пресных вод складываются из, такназываемых, статических (или вековых) запасов воды и из непрерывновозобновляемых водных ресурсов.
Вода не только элементприродной сферы, но и активный геологический и географический фактор: онаслужит носителем механической и тепловой энергии, транспортирует вещества,совершает работу. Вода, благодаря своей подвижности, играет важнейшую роль вобмене веществом и энергией между геосферами и различными географическимирайонами.
Поистине универсальная роль воды в природе объясняется ее своеобразными иво многом аномальными физическими и химическими свойствами. Благодаря этимсвойствам вода определяет не только все процессы в водных объектах, но и многиеособенности климатических, метеорологических и геоморфологических процессов наЗемле.
Воды на Земле много, но97% — это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% — пресная.
Вода как важная частьвходит в состав всех организмов в количестве от 60 до 99,7%. В наземныхрастениях 70—90% воды, в водорослях 90—98%. Медузы на 95—98% состоят из воды, врыбах ее около 70%. Млекопитающие содержат 63—68% воды. Сам человек на 65%состоит из воды.
Вода также необходима длясуществования организмов: ее потребляют и животные и растения. Огромные объемыводы фильтруют самые распространенные на Земле животные — беспозвоночные(простейшие, кишечнополостные, моллюски, губки, ракообразные и др.), живущие вводах океана и водоемов суши. Большие количества воды (превышающие дажевеличину речного стока) пропускают через себя растения. Главный механизм этогопроцесса — поднятие воды по капиллярам тканей растений и транспирация(физиологическое испарение).
Хотя вода на Земле вцелом – это в основном возобновляемый природный компонент, водные ресурсы вотдельных районах подвержены антропогенному истощению и загрязнению.
Прежде неисчерпаемыйресурс — пресная чистая вода — становится исчерпаемым. Сегодня воды, пригоднойдля питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районахмира.
Проблема сохраненияводных ресурсов на Среднем Урале стоит особенно остро, так как Урал относится ккрупной промышленной зоне. Здесь размещены крупные металлургические,горнодобывающие, химические, энергетические и машиностроительные предприятия.
Ввиду актуальностиданного вопроса, проблеме экологии природных ресурсов посвящено много трудовученых – исследователей. В основном – это статьи в периодической печати или всоответствующих сборниках, иногда небольшие отдельные труды. Среди них наиболееинтересны: С.Л. Вендров «Жизнь наших рек», С.Н. Крицкий «О направленииисследований в области теории использования водных ресурсов», В.В. Куприянов«Гидрологические аспекты урбанизации», И.С. Шахов «Водные ресурсы и их рациональноеиспользование», А.М. Черняев «Управление водными ресурсами Урала» и некоторыедругие.
К сожалению, этиисследования относятся к 1990 – м годам. Более новой литературы поисследованиям водных ресурсов Урала практически нет.
Однако многоинтересных предложений по преподаванию географии родного края в школе можновстретить в журналах «География в школе». Это статьи: В.Н.Дронов, И.ИБаринова., В.Я. Ром «География России. Урал», Д.Я. Раткович. «Влияниехозяйственной деятельности на экологию Урала», И.В. Леонтьев «Геологическиеэкскурсии в России» и т.д.
На основепереработки и обобщения всей имеющейся информации по этой теме и создана даннаядипломная работа.
Для того, чтобы сохранитьприродные ресурсы, необходимо с детства воспитывать у детей бережное отношениек ним.
Цель данной дипломнойработы: рассмотреть водные ресурсы Среднего Урала, их современное состояние ирассмотреть формы и особенности преподавания этого раздела на уроках географиив средней школе.
В связи с данной цельюопределены и задачи работы:
— исследовать природные условияформирования водных ресурсов
Среднего Урала;
— представить характеристикуповерхностных вод данного региона;
— дать понятие водного режима, выявитьпричины изменения речного стока; проанализировать влияние сооруженияводохранилищ на изменение стока рек;
— исследовать влияние хозяйственнойдеятельности человека на водные ресурсы;
— выявить основные источникизагрязнения вод на Среднем Урале;
— охарактеризовать возможности изученияповерхностных вод на уроках географии в школе;
— разработать проект проведенияпрактических занятий по географии в старших классах средней школы.
Объектом исследования вданной работе явятся водные ресурсы природно — географического комплексаСреднего Урала.Предмет исследования –водные ресурсы.
Данная работа может быть полезной для учителей среднейшколы при подготовке к урокам географии при изучении водных ресурсов СреднегоУрала.
Глава 1. ПРИРОДНЫЕУСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
1.1. Геология ирельеф
В геологическомотношении Урал представлял собой в прошлом геосинклинальную область.Простираясь в меридиональном направлении, геоксиналь соприкасалась на западе сРусской платформой, а на востоке с Сибирской платформой [ 12, с. 16 ]. В первуюфазу развития в течение палеозойской эры Урал был в основном морским бассейном,сравнительно узким и неглубоким. Прогибание земной коры сопровождалосьнакоплением морских отложений, изредка прерывавшимся небольшими поднятиями.
В конце пермскогопериода завершается геоксинальный этап развития Урала, формируются егоскладчатые структуры. С начала мезозоя начинается этап платформенного развитияУрала, разрушение его структур. За мезозой палеозойские горы Урала былиденнудированыдо мелкосопочного пеноплена. Только в неогене активизациятектонического режима обусловила возрождение горного рельефа. В пределахСреднего Урала, где новейшие тектонические движения были довольно слабыми(поднятия не превышали 300 м), сформировался низкогорный рельеф в осевой егочасти, а горную полосу с запада и востока сопровождают предгорья с увалистымрельефом и пенопленом на восточной его окраине (рис.1).
Средний Урал – район низких гор, широких межгорных долин и увалистыхзападных и восточных предгорий и полосы Зауральского пеноплена. Основу горнойполосы Среднего Урала составляют Центральное Уральское поднятие и западноекрыло Тагильского прогиба (главный уральский глубинный раскол). Западныепредгорья находятся в пределах Западной покровно – складчатой мегазоны,тектоническую основу восточных предгорий Среднего Урала составляет тагильскаямегазона, 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 занимаетпенепленизированная равнина с проходящей по ней узкой прерывистой полосойостанцовых возвышенностей. Ее формирование приходится на мезозойско –палеогеновое время.
В мезозойское время, под действием энергичного размыва Урал приобрел виднизкогорной страны, состоящей из небольших возвышенностей, кряжей ирасчлененной речными долинми. С этим временем связано распространение навыровненных 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 захватилибольше всего западные склоны Южного и Среднего Урала. О них свидетельствуютглубоко 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 восточногомакросклона Среднего Урала.
Уральские горы состоят из осевой полосы, включающей водораздельный хребети предгорий – западных и восточных. На Северном Урале и на части Среднего Урала(до широты г. Нижнего Тагила) горная полоса выражена отчетливо. Водораздельнаягряда 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 полосасильно снижается и в районе Екатеринбурга расчленяется на отдельные увалы иувалоподобные 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 Веселыегоры, гору Сухарную, гору Волчиху, Каслинско – Сысертский кряж.
Важной частью рельефа Среднего Урала являются речные долины. Многиедолины отличаются чередованием продольных и поперечных участков. В верховьяхдолины рек располагаются в широких меридиональных депрессиях, сответствующихобычно 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 сприуроченностью к этим местам погружений осей складок, тектонических нарушенийи с другими причинами. Согласованность широтных русел со структурными особенностямиУрала впервые доказал своими исследованиями А.А. Григорьев (1925).
Для рек Среднего Урала обычно наличие остатков широкой древней долины иврезанной 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, укоторых склоны, обращенные на север, чрезвычайно пологие, а склоны, обращенныена юг, резко холмисты или обрывистые. Это явление объясняют климатическимифакторами (инсоляцией и др.), а также другими причинами, в частноститектоническими движениями и особенностями динамики самого речного потока(Хабаков, 1934) [ 24, с. 51 ].
Урал и западный макросклон Среднего Урала относятся к территориям созначительным развитием карстового рельефа – карстовых воронок, провалов,колодцев и шахт, пещер и т.п. Известна Кунгурская ледяная пещера. В карстовыхрайонах немало подземных (исчезающих) рек, слепых долин, карстовых источников(в бассейне реки Чусовой, Уфы), а также карстовых озер. Преимущественноеразвитие карста на западных макросклонах связано с большим распространениемздесь 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, размерыподземных провалов достигают иногда нескольких сотен метров в длину и более 100м в глубину. Карстообразные процессы протекают на Урале и сейчас, о чемсвидетельствуют, в частности, случаи образования провальных котловин (районБисерти) и оседаний железнодорожного полотна [ 24, с. 54 ].
1.2 Климат
Удаленность Урала отАтлантического океана определяет общую континентальность его климата. С севераУрал открыт влиянию холодного Северного Ледовитого океана, а с юга—засушливыхрайонов Казахстана.
Велико воздействие наклимат и горного рельефа. Из-за меридионального протяжения гор климатвосточного склона Урала и Зауральского пеноплена заметно континентальнее исуше, чем климат западного склона.
Меняется в горах климат и по вертикали. С высотой снижается температуравоздуха, возрастают осадки, облачность, усиливаются ветры и климат вершин Ураламного суровее по температурному режиму и влажнее, чем внизу, у подножиясклонов.
Разнообразие местныхклиматических условий в горах Урала усиливают температурные инверсии,горно-долинные, фёновые ветры и пр.
Солнечная радиация
На Урале велики различияв количестве солнечной радиации, которая поступает в его крайние северные июжные районы. Последние получают ее почти в два раза больше. Так, годовая суммарадиации на Северном Урале, получаемая 1 см2 поверхности, около — ккал, а на Южном Урале—100. Еще больше различия в величине годового радиационногобаланса.
Атмосферная циркуляция
В формировании климатаУрала велика роль западного переноса воздуха. В течение всех сезонов СреднийУрал испытывает влияние воздушных масс, переносимых с Атлантического океана.Воздушные массы Атлантического океана, проходя над Европой, теряют часть влагии изменяют термические свойства, приобретая черты континентальных воздушныхмасс.
Зимой более теплый воздухс 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, нагреваетсяи при этом удаляется от точки насыщения. Поэтому на восточном склоневыпадает втечение года осадков меньше, чем на западном (до 600 – 400 мм).
Невысокие горы Урала малопрепятствуют их распространению. Все же они заметно ослабляют движение квостоку воздушных масс, задерживают продвижение циклонов, иногда их усиливают.
Вместе с тем Уральские горы не препятствуют передвижению воздушных масс вмеридиональном направлении. Холодный арктический воздух нередко зимой проникаетвдоль Урала далеко на юг. Наоборот, с юга воздух летом распространяется вдольгор к северу. Такая меридиональная циркуляция особенно характерна на восточнойстороне горной полосы, и с ней связана большая изменчивость погоды весной иосенью. Неустойчива на Урале погода и летом.
Для климата Уралахарактерна частая смена воздушных масс, развитие фронтальных процессов наарктическом и полярном фронтах и неустойчивость различных типов погоды. Циклоныс запада приносят летом дожди и прохладную погоду. Длительное ненастье бывает,когда горная полоса Урала задерживает и обновляет циклоны.
Ветры
Преобладание западногопереноса воздушных масс объясняет господство на Урале во все сезоны года ветровзападных направлений. Нередки и северные ветры, а всего реже наблюдаются ветрыс востока.
Температура
При общейконтинентальности климата зимы на Урале довольно суровы и морозы могутдостигать 50°. Даже на самом юге Урала температура опускается до —40°. Этообъясняется формированием холодного континентального воздуха и в южных районах.
Продолжительность зимы на Среднем Урале не менее 5 месяцев, а науральском севере и до 9 месяцев. Снежный покров на Среднем Урале устанавливаетсяв ноябре и держится по март — месяц включительно. Обилие снега увеличиваетвесенний сток горных уральских рек и рек западного склона, делает половодье уних более высоким и растянутым.
На Среднем Урале летоумеренно теплое. В июне на всем Урале наибольший приток солнечного тепла ирадиационный баланс имеет положительное значение. В это время циркуляцияатмосферы переходит на летний режим: полярный фронт передвигается на Урал и подвоздействием рельефа происходит обострение фронтов в проходящих циклонах. Этиявления вызывают увеличение облачности и осадков, усиливается грозовая деятельность.
Осадки
Горный рельеф усиливает увлажнение Урала, и в горах почти везде годоваясумма 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 насклонах, а зимой больше на склонах. Это связано с инверсией температуры.Нулевая изолиния средней годовой разности осадков и испаряемости проходит черезЮжный Урал. Только южные горы имеют недостаточное увлажнение, а остальные частиУрала достаточно увлажнены. Относительная влажность воздуха в в лесных районахСреднего Урала в летние периоды достигает 60—65 %.
1.3 Почвы и растительность
Вследствие зональных различий климата, растительности, особенностейгорного рельефа разнообразен почвенный покров Среднего Урала.
Субстратом почв на Среднем Урале служат продукты выветривания осадочных икристаллических пород, образующих элювиальные и делювиальные отложения склонови междуречий. В горах это обычно грубый (щебнистый и каменистый) элювийкристаллических и метаморфических пород.
Песчаные грунтыспособствуют оподзоливанию почв, глинистые — их заболачиванию, а карбонатностьсубстрата вызывает обогащение их кальцием и формирование более плодородныхперегнойно-карбонатных почв.
На восточном склоне, где распространены песчаные грунты, почвы чаще имеютлегкий механический состав, а на западном склоне преобладают их глинистыеразности, нередки здесь и перегнойно-карбонатные почвы. В горной полосе почвылучше 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 почвообразованиеопределяется подзолистым процессом. При влажном и умеренно холодном климатетайги продукты распада минералов вымываются, частично задерживаясь в нижнемгоризонте почвы. Выше возникает белесый по окраске подзолистый горизонт,обогащенный кварцем.
Наряду с подзолистым всегда протекает и дерновый процесс, заключающийся вобразовании перегноя из остатков травянистой растительности, в созданиипочвенной структуры. К северу под моховым хвойным лесом оподзоливание идетособенно интенсивно, а дерновый процесс слабо и развиваются типичныеподзолистые почвы. К югу лесной зоны, где больше травянистой растительности,лиственных деревьев, дерновый процесс усиливается, подзолистый ослабевает иобразуются дерново – подзолистые почвы.
На Среднем Урале и в лесном Зауралье расположена подзонадерново-подзолистых почв, содержащих больше перегноя и обычно менее оподзоленных.Дерново-подзолистые почвы плодороднее подзолистых и сравнительно широкоиспользуются под пашни. Однако они нуждаются в удобрениях, известковании идругих агротехнических мероприятиях.
Серые лесные почвы, развивающиеся под лиственными лесами, по содержаниюгумуса и выраженности процессов выщелачивания являются переходными от почвдерново-подзолистых к черноземным. Они распространены под смешанными ишироколиственными лесами
По долинам крупных рек тянутся полосы аллювиально-пойменных (луговых)почв. Развитие их идет по дерновому типу, осложняясь периодическимизатоплениями пойм. Луговые почвы по долинам Уфы, Белой, Чусовой, Тагила идругих рек богаты гумусом и плодородны, но площади их невелики.
Ледниковая эпоха оказала на развитие растительности, как и всей природыУрала, очень большое воздействие. Растительный покров Урала сложился лишь впослеледниковое время (13—20 тыс. лет тому назад).
Средний Урал находится влесной зоне. Леса—самый распространенный тип растительности на Урале. Онисостоят из сибирских хвойных пород: ели, пихты, кедра, лиственницы, но в нихшироко распространены также сосна и мелколиственные породы (береза и осина).
Ель сибирская (Picea obovata) растет на Урале от Полярного круга и до верховьевБелой на Южном Урале. Меньше ареалы пихты сибирской (Abies sibirica) и кедра сибирского (Pinus sibirica). Кедр исчезает южнее широты НижнегоТагила.
Лиственница Сукачевавстречается как примесь в лесах Среднего Урале. Сосна (Pinus siluestris) и березы (Betula verrucosa и В. ри-bescens) растут по всему Уралу, кроме Полярного. В болееюжных районах появляется осина. На западном склоне Урала распространенынемногие широколиственные породы.
Темнохвойные леса из елии пихты, в северных районах с кедром, господствуют на лучше увлажненномзападном склоне и в осевой полосе Уральских гор.
Составляя восточнуюокраину области европейских широколиственных лесов, уральские смешанные ишироколиственные леса характеризуются бедностью состава пород деревьев, как исопутствующих кустарников и трав, сравнительно с западными районами Восточно –Европейской равнины.
Березовые леса возникаликак 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 таежногоЗауралья типична растительность сфанговых и сфангово-травяных болот, частозалесенных—покрытых разреженным и угнетенным сосновым лесом или березняком.Участки таких болот встречаются и в предгорьях Среднего Урала, где нередкозаболочены межувалистые понижения.
В долинах рек частовстречаются широкие поймы с лугами. Горно-луговая растительность занимает наСреднем Урале небольшие площади. Она больше развита на лучше увлажненныххребтах западного склона Среднего Урала.
Леса — одно из главныхбогатств Среднего Урала. Запасы древесины на Урале велики, но большая частьлесов — горные, эксплуатация которых сложнее и должна вестись с учетомводоохранного значения. Леса отчасти служат и пастбищами. В лесах много ягод,грибов, а на севере собирают и кедровые орехи.
Таким образом:
— Урал расположен между двумятектоническими структурами: к западу – Русская платформа, к востоку – Западно –Сибирская плита. Средний Урал – район низких гор, широких межгорных долин иувалистых западных и восточных предгорий и полосы Зауральского пеноплена.
— Рельеф Среднего Урала обусловил егоклимат. Для климата Урала характерна частая смена воздушных масс, развитиефронтальных процессов на арктическом и полярном фронтах и неустойчивостьразличных типов погоды.
— Вследствие зональных различийклимата, особенностей горного рельефа разнообразен почвенный покров ирастительность Среднего Урала. Наиболее распространены на Среднем Урале почвыгорно-лесного пояса (горно-таежные подзолистые и кислые лесные неоподзоленные).
— Средний Урал расположен в леснойзоне. Леса—одно из главных богатств Среднего Урала.
Глава 2. ВОДНЫЕРЕСУРСЫ СРЕДНЕГО УРАЛА
2.1 Реки Среднего Урала
Благодаря большой массеводы на поверхности Земли и особенностям ее тепловых свойств гидросфера Землирегулирует тепловые процессы, поглощая в среднем 77 % поступающей к земнойповерхности солнечной энергии (по данным А.М. Черняева), передавая ее затем ватмосферу в результате испарения и последующей конденсации водяного пара (84 %всего радиационного баланса Земли), а также путем турбулентного теплообмена.
Природные водыподразделяются на возобновляемые и вековые. К первым относятся речной сток, притокводы в озера, моря и океаны, сток деятельного горизонта болот, возобновляемыезапасы ледников и снежников, почвенная влага и подземные воды (табл. 1).
Таблица 1Природные водные ресурсы РоссииВиды природных вод
Объем, км3 / год вековые возобновляемые Речной сток — 4270 Запасы воды в озерах 26500 (2400)
Болота *) 3000 —
Ледники *) 15148 —
Подземные льды *) (16214) — Почвенная влага — 3455
Подземные воды**) — 318/28/22,8
*) — возобновляемые ресурсы болот,ледников и подземных льдов участвуют в речном стоке и возобновляемых ресурсах(притоке) в озера;
**) — показаны объемы потенциальныхэксплуатационных ресурсов, утвержденных запасов и подготовленных киспользованию.
На карте Урала видна густая речная сеть в полосе гор и влесистых приуральских районах. По краю восточных предгорий на Среднем Уралепротянулась гирлянда больших и малых озер.
Речная сеть на Урале, по мнению многих авторов, древняя, иформирование высоких речных террас шло одновременно с поверхностямивыравнивания и пропиливанием гор. Поэтому для Урала характерен ортогональныйрисунок речной сети, т.е. чередование продольных широтных отрезков речных долинс узкими глубокими, крутостенными поперечными.
Водный режим рек зависитот комплекса физико-географических факторов, среди которых важнейшая рольпринадлежит 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 рекпонимают закономерные изменения стока, скорости течения, уровней воды и уклоновводной поверхности, прежде всего во времени, но также и вдоль реки.
При этом у каждойконкретнойреки изменяется водность, т. е. относительная величина речного стока за тот илииной период по сравнению со средним стоком этой же реки за многолетний периодили за другие периоды.
В водном режиме иводности рек выделяют прежде всего вековые, многолетние, внутригодовые(сезонные) и кратковременные колебания. Вековые колебания водности рек отражаютвековые изменения климатических условий и увлажнения материков с периодом сотнии тысячи лет. О вековых колебаниях водности рек известно мало, хотяпалеогеографические исследования и свидетельствуют о том, что в историиразличных регионов планеты были периоды, когда водность рек была существеннобольше, чем сейчас.
Многолетние колебанияводности рек также имеют в основном метеорологическую природу. Периодичностьтаких колебаний — десятки лет. О многолетних изменениях водности за последние50— 100 лет известно значительно больше, чем о вековых колебаниях. Данныенепосредственных наблюдений свидетельствуют о том, что многолетним колебаниямподвержен и суммарный сток всех рек земного шара и сток отдельных рек [ 22, с.119 ].
При анализе многолетнихколебаний водности рек следует различать естественную и антропогеннуюизменчивость. 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 СреднегоУрала, как Исеть, Пышма и др. четко прослеживается систематическое уменьшениеводности, обусловленное антропогенными факторами.
Внутригодовые (сезонные)колебания водности рек обусловлены сезонными изменениями составляющих водногобаланса речного бассейна и связаны с источниками питания.
Климатические условияобуславливают режим питания рек. Влияние климата на реки проявляется черезисточники 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 районапитаются преимущественно талыми снеговыми водами, составляющими обычно болееполовины их годового стока. Важное значение в питании большей части рек (кромекарстовых районов) имеет дождевое питание и грунтовые воды (см. рис. 3), хотяколичество осадков холодного периода значительно меньше, чем летнего. Этосвязано с тем, что дожди расходуются не только на поверхностный сток, но идут ина испарение, и на просачивание в почву, и на поглощение растительностью.
Благодаря усиленнойконденсации атмосферных осадков в горах и предгорьях Уральские горы сильно повышаютводность горных, а также равнинных рек района, нарушая широтную зональность враспределении стока. Средний годовой сток достигает в высоких частях СреднегоУрала 20 – 12 л / сек. с 1 км2 [ 24,с. 76 ].
В таблице 2 представленыколебания воды в некоторых реках Среднего Урала.
Таблица 2
Среднее внутригодовоераспределение стока рек Среднего Урала (в процентах от годового) (по даннымсправочника водных ресурсов )Река Пункт Весна Лето Осень Зима Всего Нейва Алапаевск 40,5 23,9 18,7 16,9 100 Исеть Двуреченск 34,6 34,2 15,0 16,2 100 Тагил Махнево 43,0 27,8 13,1 16,1 100 Вишера Вишерский завод 54,2 16,6 15,6 13,6 100 Косьва Губаха 41,1 36,0 14,4 8,5 100
/>
Рис. 3. Внутригодовоераспределение стока рек СреднегоУрала Нейвы и Исети по временам года
Кратковременные колебанияводности рек могут быть прежде всего естественными и обусловленными как метеорологическимифакторами так и геологическими процессами [ 26, с. 72 ]. В качестве примеракратко-временных колебаний водности рек можно привести резкие дождевые паводки.
Кратковременные колебанияводности рек могут быть обусловлены и антропогенными факторами. К числу такихколебаний относятся пропуски в нижние бьефы гидроузлов.
Когда говорят околебаниях водности рек, то имеют в виду прежде всего изменениястокаводы. Однако одновременно с изменением стока воды в реках изменяются и другиехарактеристики, например скорость течения и уровень воды, т. е. высотаповерхности воды в данном створе реки. В большинстве случаев колебания уровняводы следуют за колебаниями стока и ими определяются.
Речнойсток — главный элемент возобновляемых водных ресурсов. Это одновременно ипроцесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающейводы [ 26, с. 74 ]. Сток воды – один из важнейших физико – географических игеологических факторов. Сток включает поверхностную и подземную части. Поэтомупрактически любое использование вод в народном хозяйстве сказывается на режимерек. Например, забор подземных вод в большинстве случаев рано или поздно долженотразиться на режиме рек, связанных с грунтовыми водами.
На Урале и в Приуралье много рек и речек, суммарный сток которыхпревышает 150 км3 в год (Черняев) [ 27, с. 113 ]. Наиболееполноводные те, что начинаются на западныхсклонах и несут свои воды в Каму или Печору, менее водоносны реки восточногосклона, принадлежащие бассейну Оби.
Наиболее крупные рекиСреднего Урала: Сысерть, Чусовая, Исеть, Пышма, Тагил, Салда, Ляля, Сылва. Тураи ее притоки: Тагил, Нейва, Реж, Пышма, а также Исеть тоже начинаются наСреднем Урале.
На юго – западеСвердловской области в горах и западных предгорьях Среднего Урала течет одна изсамых известных уральских рек – Чусовая). К югу от Чусовой среди западныхпредгорий протекает Уфа. Из притоков Уфы наиболее значительны реки Бисерть,Серга, собирающие воды в горной полосе Среднего Урала. При формировании речнойсети и размыве истоки рек обоих склонов Уральского хребта сближались междусобой и нередко происходил даже перехват верховьев одних рек другими.Расстояние между истоками рек западного и восточного склонов составляет иногдалишь несколько километров или несколько сотен метров. Это облегчает ихсоединение в местах понижения хребта, например в бассейнах Чусовой, Исети иТагила.
Большое влияние нагидрографию 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, достигающихместами 80 – метровой высоты. Они успокаиваются, протекая по широким продольнымпонижениям между хребтами, но снова делаются быстрыми, прорезая хребты и увалы.Особенно живописна долина Чусовой, которая врезаясь в горные породы, образуетмногочисленные береговые утесы.
Стекая по ступенчатопадающим западным склонам и прорезая холмы предгорий, реки постепенноутрачивают черты горных рек [ 27. с. 85]. На восточной стороне гор реки быстреетеряют горный характер.
Речнойсток — это результат трансформации атмосферных осадков в процессе их стеканияпо водосбору (поверхностным, внутрипочвенным, грунтовым путем) и в русловойсети. Он образуется под влиянием комплекса факторов (климатических и факторовподстилающей поверхности), роль и вклад которых в формирование различныххарактеристик стока неодинаковы, что зависит не только от вида (годовой,сезонный, максимальный, минимальный), но и от продолжительности осреднениястока (текущий, средний, многолетний) [ 27, с. 38 ].
В условиях замкнутыхводосборов, когда водоток полностью дренирует воду со всей водосборной площади,средний многолетний годовой сток зависит главным образом от климатическихпоказателей — осадков и испарения. Остальные факторы (почвы, растительность,рельеф, озера, болота, размер бассейна, его морфометрия) влияют на средний стокпостольку, поскольку они влияют на осадки и испарение.
По внутригодовомураспределению стока реки Среднего Урала принадлежат к группе с весеннимполоводьем. На весну приходится 40 – 60 % и более объема годового стока [ 27, c. 124 ]. Гидрологический режим горныхрек (горные участки рек Исети, Чусовой и др.) отличается рядом особенностей.Вследствии слабой естественной зарегулированности стока в горах в периодвесеннего половодья уровни воды колеблются весьма резко. Интенсивные летниеливни, особенно характерные для восточного склона, при малой проницаемостигорных почв и крутых уклонах вызывают мощные паводки, иногда превосходящие весенние.
Весенние разливыпринимают иногда характер катастрофических наводнений. Годовые амплитудыуровней достигают местами 8 – 12 м, и реки разливаются на многие километры. Этонередко требует сооружения дамб, более низких мостов, устройства временныхпереправ, затрудняет заселение низких, часто затопляемых берегов. В то же времяподъемы воды делают на короткий срок пригодными для сплава даже небольшие рекии способствуют повышению плодородия пойменных почв.
Влияют на речной сток имногочисленные виды хозяйственной деятельности в речных бассейнах, на первыйвзгляд с реками непосредственно и не связанные. В этом проявляется важная рольприродных вод как индикаторов состояния природной среды в целом.
Уравнение балансагодового стока для средних многолетних условий можно записать в виде:
у = Р — Z, (1)
где у — слой годовогостока;
Р и Z — соответственно годовой слой осадков и испарения.
В зонах избыточного идостаточного увлажнения, где испарение с почвы близко к испарению с воднойповерхности, данное уравнение справедливо для средних и малых водосборов прииспользовании зональных значений осадков и испарения [ 27, с. 41 ].
На водосборах снезамкнутым водным балансом в формировании речного стока участвуют не всеподземные воды. Часть из них фильтруется в более глубокие горизонты ивыклинивается за пределами водосбора. Поэтому даже для средних многолетнихусловий в правую часть уравнения добавляют еще один член, показывающий, какоеколичество воды (DW) перетекаетподземным путем за пределы водосбора [ 27, с. 43 ]:
у = Р – Z — (DW) (2)
Во внутригодовом(сезонном) режиме рек выделяют ряд характерных периодов (фаз) в зависимости отизменения условий питания и особенностей водного режима. Для рек различаютследующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень.
Половодье — это фазаводного режима реки, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях водин и тот же сезон и характеризующаяся наибольшей водностью, высоким ипродолжительным подъемом уровня воды. Половодье часто сопровождается выходомводы на пойму. Половодье формируется как талыми снеговыми, так и дождевымиводами. Таяние снега на равнинах вызывает весеннее половодье, таяниевысокогорных снегов и ледников, а также выпадение длительных и сильных летнихдождей (например, в условиях муссонного и тропического климата) — половодье втеплую часть года (т. е. весенне-летнее или летнее половодье). Половодье,особенно обусловленное дождями, нередко имеет многовершинную форму.
Паводок — это фазаводного режима, которая может многократно повторяться в различные сезоны года ихарактеризуется интенсивным, обычно кратковременным увеличением расходов иуровней воды, и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. Вотдельных случаях расход воды паводка может превышать расход воды половодья, вособенности 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 ксезонным фазам режима реки, а к кратковременным его нарушениям.
Межень — это фаза водногорежима, ежегодно повторяющая в один и тот же сезон, характеризующаяся малойводностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствиеуменьшения питания реки. В межень реки обычно питаются только за счет подземныхвод.
Будучи органически связанным с реками, человечество впроцессе становления и развития цивилизации неизбежно вынуждено было вмешиватьсяв их естественную жизнь, приспосабливая к своим социальным и хозяйственнымпотребностям. Самым могучим средством вмешательства явилось регулированиярежима стока с помощью водохранилищ, межбассейновой переброски и т.д.
2.2 Озера
Озера по территорииСреднегоУрала 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 иглубоких. О происхождении озер восточных предгорий Среднего Урала существуютразные мнения. По А.П, Карпинскому (1949), они возникли под влияниемкомбинированного 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, чтопричина образования озер – неодинаковая амплитуда эпейрогенических движений отдельныхучастков Урала и Зауралья в новейшую эпоху, обусловившая подпружиниваниедревних речных долин.
Питаются озера, главнымобразом, впадающими в них реками, талыми снеговыми водами, и весной уровеньозер выше, размеры их увеличиваются. В питании некоторых озер немалое значениеимеют ключи и источники.
Многие озера лежат вверховьях рек и являются проточными, но нередки и озера без видимого стока [24, с. 78 ]. Это – озера, расположенные среди болот, а также озера в замкнутыхпонижениях на междуречьях, озера – старицы в долинах. Зимой, озера, как и реки,надолго замерзают.
Среди восточныхпредгорий Урала выделяются так называемые «горные» озера. Они очень красивы. Ктаким озерам принадлежит группа озер на юге Свердловской области. В нее входятозера Шарташ, Песчаное, Балтым, Таватуй, Аятское и др.
Глубины этих озер непревышают 5 – 8 м. Вода сравнительно прозрачна, берега в одних местах каменистыи круты, в других – отлоги и зарастают водной растительностью. Есть сильнозаросшие озера с илистым дном и темной водой. Практически озеро превратилось вболото.
Кроме естественныхозерных водоемов, на территории района есть несколько тысяч прудов, из нихоколо 150 заводских, расположенных большей частью на Среднем Урале. Площадьзеркала некоторых заводских прудов не меньше, чем у крупных озер, она превышает10 – 15 км2 (Нижне – Тагильский, ВерхИсетский, Невьянский, Нижне –Туринский пруды, и др.) [ 27, с. 129 ]. Они не только украшают города ипоселки, но и служат источником водоснабжения.
Превращены вводохранилища и некоторые озера в результате строительства плотин в истокахрек, вытекающих из этих озер. Площадь некоторых озер — водохранилищ превышает25—30 кв. км. К числу их относятся: Исетское озеро, Волчихинское водохранилище,Черноисточинское водохранилище.
Болотараспространены на северо-востоке, где сток затруднен, На плоских междуречьяхЗауральского пеноплена, в бассейне реки Туры расположены верховые болота,покрытые мхами. В широких долинах много низинных травяно осоковых болот, немалоиз которых возникли и путем зарастания озер (Шувакиш). Большие массивы болотвесной задерживают талые воды и постепенно отдают их рекам в летнее время.
К югу в пределахЗауральского пеноплена болот становится все меньше. В южных районах верховыеболота на междуречьях исчезают, заболоченность сильно сокращается. Низинныеболота, иногда совсем небольшие, встречаются в плоских понижениях, западинах,где грунтовые воды находятся близко к поверхности, на речных поймах плоскихберегах озер.
Сооружение водохранилищоказывает на речной сток сильное и разнообразное явление. Большое влияниеводохранилища оказывают прежде всего на распределение стока во времени. Вбольшинстве случаев перераспределение стока во времени (регулирование стока) ибывает главной целью сооружения водохранилища [ 26, с. 79 ]. Регулированиестока преследует различные практические цели. Это и обеспечение болееравномерным стоком гидроэнергетических установок (ГЭС), и предотвращениенаводнений, и накопление воды для целей орошения, и улучшение судоходныхусловий и т. д.
В зависимости от степени воздействияводохранилища на внутригодовое распределение стока различают несколько видоврегулирования стока (рис. 6). Наиболее частый случай — сезонное регулированиестока, когда перераспределение стока осуществляется в течение года: водыполоводья и паводков аккумулируются в водохранилище, а в межень — сбрасываютсяв нижний бьеф гидроузла (рис. 6а ). Полезный объем водохранилища в этом случаедолжен быть соизмерим с объемом стока реки за период половодья (паводков) [ 22,c. 198]. В результате сток в течение года ниже водохранилищаделается более равномерным.
/>
Месяцы
Рис. 6. Схема сезонногорегулирования стока водохранилищем (по данным И.С. Шахова):
1 — естественные (бытовые) расходы вод,
2 — зарегулированныерасходы воды,
3 — объем, накапливаемый вводохранилище,
4 — объем, расходуемый изводохранилища.
При большом полезном объеме водохранилища возможномноголетнее регулирование стока, когда создаются условия для накопления вводохранилище воды в многоводные годы, с тем чтобы получить возможность использоватьэту воду в маловодные годы.
Режим сброса воды внижний бьеф гидроузла полностью контролиру-ется человеком (в пределах,обусловленных полезным объемом водохранилища) [ 22, с. 200 ]. При необходимоститакой сброс увеличивается, возникает искусственный паводок, называемыйпопуском. Такой попуск может иметь в зависимости от потребности различный объеми длительность. Так, на нижней Волге для обеспечения близких к естественнымусловиям 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 водохранилищприводит также к сокращению годового стока рек. Во-первых, на наполнениеводохранилищ после их сооружения единовременно изымаются некоторые объемыречных вод. Во-вторых, поскольку с водной поверхности всегда испаряется большеводы, чем с суши, сооружение водохранилищ приводит к увеличению потерь воды наиспарение и сокращению стока. Степень уменьшения стока рек вследствие потерь водына испарение с поверхности водохранилищ зависит от климатических условий исоставляет, по А. А. Соколову, 0,8—1% на севере европейской части СССР, 1—3% вСибири и на Урале, 10—30% на юге европейской части России [ 26, с. 87 ].
Во все времена человек продолжал регулировать речной сток, стремилсяупорядочить водный режим, приближая его к своим потребностям. На Среднем Ураленасчитывается около 150 водохранилищ. Они используются главным образом дляводоснабжения и орошения. Наряду со своим основным назначением большинствоводохранилищ используется также и для других целей: рыборазведения, рекреации,туризма и др. Водохранилища осуществляют многолетнее, годовое и болеекратковременное регулирование стока. В основном они обеспечивают внутригодовоевыравнивание речного стока, «срезая» максимумы расходов половодий и повышая ихрасходы по сравнению с естественными в меженный период. По данным Ю.М.Матарзина, в целом по бывшему СССР устойчивый сток за счет водохранилищповысился до 50 % [ 26, с. 81 ].
Основные гидрологическиехарактеристики среднеуральских водохранилищ представлены в таблице 3.
Территориальноеперераспределение стока («переброска стока») преследует цель привлечения воды вданную речную систему из других речных бассейнов. Оно приводит к увеличению стокав реке, куда перебрасывается вода, и к уменьшению в реке, откуда осуществляетсяпереброска стока (в «реке – доноре»). Поскольку любое крупное перераспределениестока сопряжено с сооружением каналов, водохранилищ и других гидротехническихсистем, неизбежны потери речного стока на испарение и инфильтрацию.