Диплом Водные ресурсы Среднего Урала
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-24Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
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 деннудированыдо 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
| Виды 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 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 каждойконкретной 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 )
| 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. 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 изменениястока 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.
Территориальное перераспределение стока («переброска стока») преследует цель привлечения воды в данную речную систему из других речных бассейнов. Оно приводит к увеличению стока в реке, куда перебрасывается вода, и к уменьшению в реке, откуда осуществляется переброска стока (в «реке – доноре»). Поскольку любое крупное перераспределение стока сопряжено с сооружением каналов, водохранилищ и других гидротехнических систем, неизбежны потери речного стока на испарение и инфильтрацию.
