Водные ресурсы Среднего Урала

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