В пределах какой-либо территории.
Термин «ресурсы» происходит от франц. ressource «вспомогательное средство». Водные ресурсы – это важная часть природных ресурсов в целом.
Природные (естественные) ресурсы – это компоненты окружающей среды, используемые в процессе общественного производства и для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.
Главные виды природных ресурсов – солнечная энергия, энергия ветра, энергия морских приливов, внутриземная теплота, ресурсы земельные, водные, минеральные (в том числе топливно-энергетические), растительные (в том числе лесные), ресурсы животного мира, например, рыбные. Природные ресурсы подразделяют также на возобновляемые и невозобновляемые.
Возобновляемые природные ресурсы – это те природные ресурсы, которые возобновляются в процессе постоянного круговорота вещества и энергии на земном шаре или в результате их естественного воспроизводства.
Основные природные ресурсы водных объектов (в том числе рек) – это водные ресурсы, т. е. сама вода с её потребительскими свойствами. Из других природных ресурсов рек наиболее ценными являются рыбные, минеральные (нефть и газ в подстилающих породах, гравийно-песчаный материал в донных отложениях), а также бальнеологические и рекреационные.
Водные ресурсы в широком смысле – это все природные воды Земли, представленные водами рек, озёр , водохранилищ , болот , ледников , водоносных горизонтов , океанов и морей.
Водные ресурсы в узком смысле – это природные воды, которые используются человеком в настоящее время и могут быть использованы в обозримой перспективе (определение). Сходная формулировка дана в Водном кодексе Российской Федерации : «водные ресурсы – это поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут быть использованы». В такой трактовке водные ресурсы – категория не только природная, но и социально-историческая (определение С.Л. Вендрова).
Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод (это самое узкое понятие водных ресурсов). Ресурсы пресных вод складываются из так называемых статических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов , т. е. водного стока рек .
Статические (вековые) запасы пресных вод представлены не подверженной заметным ежегодным изменениям частью водных объёмов озёр, ледников, подземных вод. Измеряют эти запасы в объемных единицах (м 3 или км 3).
Возобновляемые водные ресурсы – это те воды, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре (глобального гидрологического цикла). Этот вид водных ресурсов измеряют в единицах стока (м 3 /с, м 3 /год, км 3 /год).
Сток воды рек – действительно ежегодно возобновляемый природный ресурс, который можно (до некоторых пределов, конечно) изымать для хозяйственного использования. В противоположность ему статические (вековые) запасы вод в озёрах, ледниках, водоносных горизонтах нельзя изъять на хозяйственные нужды без нанесения ущерба либо рассматриваемому водному объекту, либо связанным с ним рекам.
Особенности водных ресурсов
Пресные водные ресурсы, в том числе водные ресурсы рек, обладают следующими существенными отличиями от других природные ресурсов.
Пресная вода как вещество обладает уникальными свойствами и её, как правило, нельзя ничем заменить. Многие другие природные ресурсы допускают замену, и по мере развития цивилизации и технических возможностей человеческого общества такая замена стала использоваться всё шире и шире. С водой дело обстоит значительно хуже. Практически ничем нельзя заменить питьевую воду – и для человека, и для животных. Нельзя ничем заменить воду при орошении земель, для питания растений (капилляры растений самой природой «рассчитаны» только на воду), в качестве массового теплоносителя, во многих производствах и т. д.
Вода – ресурс неистребимый. В отличие от предыдущей особенности, эта оказывается весьма благоприятной. В процессе использования полезных ископаемых, например, при сжигании дров, угля, нефти, газа эти вещества, превращаясь в теплоту и давая золу или газообразные отходы, исчезают. Вода же при своем использовании не исчезает, а лишь переходит из одного состояния в другое (жидкая вода, например, превращается в водяной пар) или перемещается в пространстве – из одного места в другое. При нагревании и даже при кипении вода не разлагается на водород и кислород. Одним из немногих случаев действительного исчезновения воды как вещества является связывание воды вместе с диоксидом (двуокисью) углерода (углекислым газом) в процессе фотосинтеза и образования органического вещества. Однако объёмы воды, идущие на синтез органического вещества, невелики, также как, впрочем, и небольшие потери воды, уходящей с Земли в космическое пространство. Считают также, что эти потери полностью компенсируются образованием воды при дегазации мантии Земли (около 1 км 3 воды в год) и при поступлении воды из космоса вместе с ледяными метеоритами.
Используемый в водном хозяйстве термин «безвозвратное водопотребление» нужно понимать следующим образом. Для конкретного участка реки (может быть даже для всего речного бассейна), озера или водохранилища забор воды на хозяйственные нужды (орошение земель, водоснабжение и др.) действительно может стать безвозвратным. Забранная вода частично позже испаряется с поверхности орошаемых земель или в процессе промышленного производства. Однако, согласно закону сохранения вещества, этот же объём воды должен выпасть в виде атмосферных осадков в других регионах планеты. Например, значительный водозабор в бассейнах рек Амударьи и Сырдарьи, приведший к истощению стока этих рек и высыханию Аральского моря, неизбежно сопровождается увеличением осадков на огромных гористых пространствах Центральной Азии. Только последствия первого процесса – уменьшения стока упомянутых рек – хорошо видны, а увеличение стока рек на огромной территории заметить практически невозможно. Таким образом, «безвозвратные» потери воды относятся лишь к ограниченному пространству, в целом же для континента и тем более всей планеты безвозвратного расходования воды быть не может. Если бы вода в процессе использования исчезала бы бесследно (как уголь или нефть при их сжигании), то ни о каком развитии биосферы и человечества на земном шаре не могло быть и речи.
Пресные воды – возобновляемый природных ресурс. Это восстановление водных ресурсов осуществляется в процессе непрерывного круговорота воды на земном шаре. Возобновление водных ресурсов в процессе круговорота воды как во времени, так и в пространстве происходит неравномерно. Это определяется как изменением метеорологических условий (осадков, испарения) во времени, например, по сезонам года, так и пространственной неоднородностью климатических условий, в частности, широтной и высотной зональностью. Поэтому водные ресурсы подвержены на планете большой пространственно-временной изменчивости. Эта особенность нередко создает дефицит водных ресурсов в некоторых районах земного шара (например, в засушливых областях, в местах с большим хозяйственным потреблением воды), особенно в маловодный период года. Это заставляет людей искусственно перераспределять водные ресурсы во времени, регулируя речной сток, и в пространстве, перебрасывая воду из одних районов в другие.
Вода – ресурс многоцелевой. Водные ресурсы используются для удовлетворения самых разных хозяйственных потребностей человека. Часто вода из одного и того же водного объекта используется различными отраслями хозяйства.
Вода подвижна. Это отличие водных ресурсов от других природных ресурсов имеет ряд существенных следствий. Во-первых, вода может естественным образом перемещаться в пространстве – по земной поверхности и в толще грунтов, а также в атмосфере. При этом вода может изменять свое агрегатное состояние, переходя, например, из жидкого в газообразное состояние (водяной пар) и наоборот. Перемещение воды на Земле и создает круговорот воды в природе. Во-вторых, воду можно транспортировать (по каналам , трубопроводам) из одних районов в другие. В-третьих, водные ресурсы «не признают» административных и в том числе государственных границ. Это может даже создать сложные межгосударственные проблемы. Они могут возникнуть при использовании водных ресурсов пограничных рек и рек, протекающих через несколько государств (при так называемом трансграничном переносе вод). В-четвёртых, будучи подвижной и участвуя в глобальном круговороте, вода переносит наносы, растворённые вещества, включая загрязняющие , теплоту. И хотя полного круговорота наносов, солей и теплоты на Земле не происходит (преобладает односторонний их перенос с суши в океан), роль рек в переносе вещества и энергии очень велика. С одной стороны, попавшие в воду загрязняющие вещества, например нефть в результате несовершенства технологии её добычи и транспортировки, прорыва нефтепровода или аварии танкера, может вместе с речной водой переноситься на большие расстояния. Это, несомненно, способствует распространению загрязняющих веществ в пространстве, загрязнению смежных вод и берегов. Но, с другой стороны, текущая вода удаляет вредные вещества из района загрязнения, очищая его, способствует рассеиванию и разложению вредных примесей. Кроме того, текущим водам свойственна способность к «самоочищению».
Водные ресурсы рек мира (на 2008 г.)
Современные возобновляемые водные ресурсы рек мира оценены (ГГИ) в 2008 г.
Суммарные водные ресурсы всех рек мира, по данным ГГИ, составляют около 42,8 тыс. км 3 /год. В Мировой океан с реками поступает водный сток в размере 39,5 тыс. км 3 /год. Разница в 3,3 тыс. км 3 объясняется следующим: 1) сток рек, протекающих в бессточных областях земного шара, в Мировой океан не попадает (по некоторым оценкам, величина этого стока около 1 тыс. км 3 /год); 2) водные ресурсы речных бассейнов, оцениваемые в зоне их формирования, в некоторых случаях заметно превышают величину стока в устьях рек из-за потерь стока в низовьях рек на естественное испарение и затрат на водозабор (в основном при орошении земель). Существенное сокращение водного стока в зоне транзита характерно, например, для низовьев Нила, Инда, Хуанхэ.
Водные ресурсы рек распределены по поверхности земного шара неравномерно. Наибольшую величину стока имеют Азия (около 32% стока всех рек планеты) и Южная Америка (28%), наименьшую – Европа (около 7%) и Австралия с Океанией (около 6%).
Важными характеристиками обеспечения речной водой различных регионов и районов земного шара являются удельная водообеспеченность территории, т. е. величина речных водных ресурсов, выраженная либо в мм слоя стока за год, либо в тыс. м 3 /год на 1 км 2 , и удельная водообеспеченность населения, выраженная в тыс. м 3 /год на 1 жителя. Водообеспеченность территории наибольшая в Южной Америке и наименьшая – в Африке. В наибольшей степени население обеспечено речной водой в Южной Америке и на островах Океании, в наименьшей — население Европы и Азии (здесь сосредоточено 73% населения планеты и лишь 38% ежегодно возобновляемых речных вод).
Водообеспеченность и территории, и населения существенно изменяется в пределах отдельных частей света в зависимости от климатических условий и размещения населения. Например, в Азии есть районы как хорошо обеспеченные водой (Восточная Сибирь, Дальний Восток), так и ощущающие её недостаток (Средняя Азия, Казахстан, пустыня Гоби и др.).
В Европе наибольший водный сток имеют реки Волга , Дунай, Печора . Наибольшими речными водными ресурсами обладают Европейская часть России (913 км 3 /год), Норвегия (357 км 3 /год), а также Франция, Италия, Швеция. Удельная водообеспеченность территории (в мм слоя) наибольшая в Норвегии и в Европейской части России, наибольшая водобеспеченность населения – в Норвегии, Швеции, Австрии.
В Азии наиболее водоносные реки – Ганг с Брахмапутрой, Янцзы, Енисей , Лена , Меконг, Обь , Амур . Наибольшими речными водными ресурсами обладают Азиатская часть России (3409 км 3 /год), Китай (2700 км 3 /год), Индонезия (2080 км 3 /год), Индия (2037 км 3 /год), Бангладеш (1390 км 3 /год). Водообеспеченность территории наибольшая у Бангладеш, Малайзии, Японии, населения – у Малайзии, Таджикистана, Индонезии.
Наиболее водоносные реки в Африке – Конго, Нигер, Нил. Наибольшими водными ресурсами на этом континенте обладают Заир (1302 км 3 /год), Нигерия (319 км 3 /год), Камерун (219 км 3 /год), Мозамбик (184 км 3 /год). Наиболее обеспечены речной водой территории в Заире, Нигерии, Камеруне, население – в Заире, Камеруне, Анголе.
Самые водоносные реки Северной Америки – Миссисипи, Маккензи, Святого Лаврентия. Наибольшими водными ресурсами обладают бассейны рек в Канаде (3420 км 3 /год), США (3048 км 3 /год). Наибольшая обеспеченность водой территории в Коста-Рике, Гондурасе, а населения – в Канаде и Коста-Рике.
В Южной Америке наиболее водоносные реки Амазонка, Ориноко, Парана с Уругваем. Наибольшими водными ресурсами на этом континенте обладают Бразилия (8120 км 3 /год), Венесуэла (1807 км 3 /год), Колумбия (1200 км 3 /год). Водообеспеченность территории наибольшая в Чили, Бразилии, Венесуэле, Колумбии, населения – в Венесуэле, Парагвае, Бразилии.
Самая водоносная река Австралии и Океании – Муррей (Мари). Речные водные ресурсы государства Австралии составляет 352 км 3 /год.
Таким образом, наиболее богаты возобновляемым речными водными ресурсами Бразилия (8 120 км 3 /год), Россия (4 322 км 3 /год), Канада (3 420 км 3 /год), США (3 048 км 3 /год), Китай (2 700 км 3 /год).
По оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК–IPCC) в XXI в. ожидаются изменения в величине и распределении водных ресурсов на земном шаре. Увеличатся водные ресурсы в высоких широтах Северного полушария, в Юго-Восточной Азии, уменьшатся в Центральной Азии, южной части Африки, Австралии. Один из важных выводов доклада МГЭИК (IPCC–2007) следующий: изменения климата приведут в XXI веке к существенному сокращению имеющихся водных ресурсов в тех районах планеты, где уже сейчас ощущается их недостаток. Обострится проблема нехватки пресной воды во многих районах со скудными водными ресурсами. Спрос на воду будет увеличиваться по мере роста численности населения и экономического развития стран.
Водные ресурсы России (на 2014 г.)
В 2014 г. возобновляемые водные ресурсы речных бассейнов России, по данным Государственного доклада о состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации, составили. Большая часть этого объёма сформировалась в пределах России (95,71% или 4424,7 км 3), а меньшая поступила с территорий сопредельных государств (4,29% или 198,3 км 3). На одного жителя страны пришлось 30,25 тыс. м 3 речных вод в год.
В.Н. Михайлов, М.В. Михайлова
Водные ресурсы - это запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы.
Вода занимает 71 % поверхности Земли. 97 % водных ресурсов относятся к соленым и только 3 % - к пресным водам. Вода содержится также в почве и в горных породах, в растениях и животных. Большое количество воды постоянно находится в атмосфере.
Вода - один из самых ценных природных ресурсов. Одно из главных свойств воды - ее незаменимость. Сама по себе питательной ценности она не имеет, но ей принадлежит исключительная роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизнедеятельности всего живого на Земле, определяющих его продуктивность.
Суточная потребность человека в воде в нормальных условиях составляет около 2,5 л.
Вода отличается большой теплоемкостью. Поглощая огромное количество тепловой космической и внутриземной энергии и медленно ее отдавая, вода служит регулятором и стабилизатором климатических процессов, смягчая сильные температурные колебания. Испаряясь с водных поверхностей, она переходит в газообразное состояние и переносится воздушными течениями в различные регионы планеты, где выпадает в виде осадков. Особое место в кругообороте воды принадлежит ледникам, так как они сохраняют влагу в твердом состоянии очень длительное время (тысячелетиями). Ученые пришли к выводу, что водный баланс на Земле практически постоянен.
Многие миллионы лет вода активизирует процессы образования почвы. Она в значительной степени очищает окружающую среду, растворяя и удаляя загрязнения.
Недостаток воды может затормозить хозяйственную деятельность, снизить эффективность производства. В современном мире вода приобрела самостоятельное значение как промышленное сырье, нередко дефицитное и весьма дорогое. Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов. Особой чистоты вода необходима в медицине, при производстве продуктов питания, в ядерной технике, производстве полупроводников и т.д. Огромные количества воды расходуются на бытовые нужды людей, особенно в больших городах.
Преобладающая часть земных вод сосредоточена в Мировом океане. Это богатейшая кладовая минерального сырья. На каждый 1 кг океанской воды приходится 35 г солей. В морской воде содержится более 80 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, наиболее важными из которых для хозяйственных целей являются вольфрам, висмут, золото, кобальт, литий, магний, медь, молибден, никель, олово, свинец,серебро, уран.
Мировой океан - основное звено круговорота воды в природе. Он отдает большую часть испаряющейся влаги в атмосферу. Поглощая огромное количество тепловой энергии и медленно ее отдавая, воды океана служат регулятором климатических процессов глобального масштаба. Тепло океанов и морей расходуется на поддержание жизнедеятельности морских организмов, которые обеспечивают продуктами питания, кислородом, медикаментами, удобрениями, предметами роскоши значительную часть населения планеты.
Водные организмы, населяющие поверхностный слой Мирового океана, обеспечивают возврат в атмосферу значительной части свободного кислорода планеты. Это крайне важно, так как автотранспорт и кислородоемкие металлургические и химические производства часто расходуют кислорода больше, чем может компенсировать природа отдельных регионов.
К пресным водам суши относятся ледниковые, подземные, речные, озерные, болотные воды. Возобновимым ресурсом стратегического значения в последние годы становится питьевая вода хорошего качества. Дефицит ее объясняется значительным ухудшением общей экологической ситуации вокруг источников данного ресурса, а также ужесточением во всем мире требований к качеству потребляемой воды как для питья, так и для высокотехнологичных производств.
Основная часть запасов пресных вод суши сконцентрирована в ледниковых покровах Антарктиды и Арктики. Они представляют собой огромное хранилище пресных вод планеты (68 % всех пресных вод). Эти запасы сохраняются многие тысячелетия.
По химическому составу подземные воды очень различны: от пресных до вод с большой концентрацией минеральных веществ.
Пресные поверхностные воды обладают значительной способностью к самоочищению, которое обеспечивают Солнце, воздух, мик-
роорганизмы и растворенный в воде кислород. Тем не менее, пресная вода становится основным дефицитом на планете.
В болотах воды содержится в 4 раза больше, чем в реках мира; 95% болотной воды располагается в слоях торфа.
В атмосфере вода содержится главным образом в виде водяного пара. Основная ее масса (90 %) сосредоточена в нижних слоях атмосферы, до высоты 10 км.
Пресная вода распределена по Земле неравномерно. Проблема снабжения населения питьевой водой стоит очень остро и в последние годы все сильнее обостряется. Около 60 % поверхности Земли составляют зоны, где пресная вода или отсутствует, или остро ощущается ее недостаток, или она отличается низким качеством. Примерно половина человечества ощущает дефицит питьевой воды.
Пресные поверхностные воды (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды) подвергаются наиболее сильному загрязнению. Чаще всего источниками загрязнения являются недостаточно очищенные или совсем не очищенные сбросы производственных объектов (в том числе опасных), сбросы больших городов, стоки со свалок.
Загрязнение окружающей среды в бассейне Волги в 3-5 раз выше, чем в среднем по стране. Ни один город на Волге не обеспечен
качественной питьевой водой. В бассейне много экологически опасных производств и предприятий без очистных сооружений.
Эксплуатационные запасы разведанных месторождений подземных вод России оцениваются примерно в 30 км /год. Степень освоения этих запасов в настоящее время в среднем составляет чуть более 30 %.
1. Общие вопросы
1.1 Описать водные ресурсы Земли
1.2 Описать взаимодействия потока, русла и транспортных сооружений
1.3 Назвать основные гидрологические характеристики водных потоков и методы их определения
1.4 Описать движения наносов и русловые процессы
1.5 Описать методы инженерных гидрометрических изысканий на водотоках
2. Вопросы по варианту (Вариант № 3)
3. Задачи по варианту (Вариант № 10)
Литература
Приложение № 1 20
1. Общие вопросы
вода поток русло расчет
1.1 Описать водные ресурсы Земли
Водными ресурсами Земли называют воды, пригодные для практического использования. К ним относятся почти все воды земного шара – речные, воды озёр, морские, подземные, почвенная влага, лёд горных ледников и полярных «шапок», а также водяные пары атмосферы – исключение составляют только воды, физически или химически связанные с минералами или биомассой.
Однако с точки зрения водообеспечения к водным ресурсам следует относить лишь те природные воды, которые могут быть использованы на данном уровне развития техники при конкретном состоянии водного источника. Самыми ценными для хозяйства и потребностей человека являются пресные воды суши.
На практике водными ресурсами называют запасы поверхностных и подземных вод какой-либо территории.
· Водные ресурсы распределены по поверхности Земли весьма неравномерно – так, наибольшим количеством пресной воды располагают Южная Америка и Австралия; при этом густонаселённые и имеющие значительный потенциал развития страны Азии испытывают всё более острый дефицит пресной и, особенно, пригодной для питья воды. Запасы пресной воды на Земле оцениваются в 35 млн. км 3 , что составляет не более 2,5 % от общих запасов воды на Земле; при этом пресные воды рек, наиболее широко используемые в деятельности человека, составляют лишь 0,006 % от всех запасов воды.
Для удовлетворения хозяйственных нужд человека издревле используются различные приёмы искусственного регулирования речного стока – такие, как строительство плотин и создание водохранилищ; постройка искусственных водоёмов (прудов и озёр), наполняемых в период половодья и весеннего таяния снега и т.д. Однако зачастую это связано с различными негативными явлениями – затопление и вывод из хозяйственной деятельности значительных территорий, ухудшение качества воды, засорение и заболачивание берегов водохранилищ и малых рек, загрязнение рек и гибель значительной части водной фауны.
Общая полная емкость эксплуатируемых водохранилищ мира примерно 5000 км 3 (полезный объем 2000 км 3). Это приблизительно равно 11% объема годового стока с поверхности суши. Объем (емкость) воды в водохранилище, заключенный между минимальным и максимальным уровнями воды во время обычных эксплуатационных условий, называется полезным объемом.
На втором месте по интенсивности использования находятся грунтовые воды и на третьем – воды озер, содержащих более 0,25% водных запасов Земли. Основной объём воды (1338 км 3 , или 96,5 %) содержится в Мировом океане, занимающем более 71% площади земного шара, но это соленая и непригодная для большинства хозяйственных и технологических процессов вода. Для её использования её следует опреснить.
Для изучения водных ресурсов отдельных государств и общемировых водных ресурсов, упорядочения сведений о них и предупреждения их нерационального использования создан и регулярно обновляется свод данных учёта вод по количественным и качественным показателям – так называемый водный кадастр; для использования в науке, строительстве, прочих видах хозяйственной деятельности издаются каталоги водных ресурсов, методические и нормативные издания.
1.2 Описать взаимодействие потока, русла и транспортных сооружений
Совокупность процессов взаимодействия между водным потоком и руслом называют русловым процессом. В каждый момент времени скорость и направление потока воды определяется формой русла; в условиях размываемого русла (если скорости выше размывающих) происходит изменение формы, углубление русла – сечение потока растёт, а скорость падает. В случае, если скорости ниже размывающих, происходит отложение наносов, обмеление русла и рост скорости.
В естественных условиях русловой процесс зависит от расхода воды и его изменения во времени, расхода и крупности наносов, определяется рельефом, структурой и расположением геологических пластов, наличием растительности. Под влиянием хозяйственно деятельности человека русловые процессы меняются – как правило, при постройке транспортных или гидротехнических сооружений живое сечение реки сужается, изменяются глубины на отдельных участках створа, также изменяется шероховатость берегов. В результате этих изменений происходят деформации русла.
При стеснении потока под мостами интенсивность руслового процесса и развитие деформаций зависти от степени такого стеснения. Самыми опасными деформациями следует признать местные размывы у опор моста и регуляционных сооружений, нарушающие их устойчивость. Для предупреждения развития нежелательных деформаций следует изучить естественные русловые процессы реки и предусмотреть минимально возможное стеснение потока и смещение сложившегося русла при строительстве. Это и является основной задачей гидрологических исследований.
При проектировании мостов их отверстия следует назначать, как правило, не меньше ширины русла под мостом, и учитывать возможность смещения русла в пределах отверстия моста и приближение его к устоям. Глубина заложения фундаментов опор должна рассчитываться из максимальных значений бытовой глубины у опоры; а при неблагоприятных условиях следует назначать большей, чем требуется только по условиям размыва.
Для расчёта максимальных глубин местного размыва разработан ряд методик, изложенных в нормативной литературе. Часто для удешевления и убыстрения строительства требуется уменьшить требуемую глубину заложения фундаментов – в этом случае проектируют различные регуляционные сооружения, снижающие интенсивность руслового процесса, а также иногда придают опорам специфические обтекаемые очертания. Метод борьбы с нежелательными деформациями русла выбирается исходя из характеристик слагающих русло грунтов и потока воды. При этом следует учитывать, что ниже моста по течению реки будет образовываться намыв из грунта, выносимого из стеснённого мостом участка русла. Такой намыв вызывает обмеление русла, может угрожать судоходству и негативно воздействовать на экосистему реки.
1.3 Назвать основные гидрологические характеристики водных потоков и методы их определения
Основными гидрологическими характеристиками водных потоков являются: скорости течения, уклоны; расходы воды, зависимости уровней от расходов; площадь, глубина и ширина русла и поймы в зависимости от уровней воды; а также траектории струй, льдин, судов и караванов.
Методы определения характеристик потоков различны в зависимости от того, какая характеристика определяется. Так, уровни и уклоны определяют прямым или дистанционным наблюдением на водомерных постах, скорости течения – специальными приборами (вертушками) или поплавками различной конструкции, траектории движения потока – также наблюдением за поплавками, льдинами или другими плывущими в потоке предметами. Наблюдение может вестись с помощью геодезических приборов.
Глубины потока находят погружением лотов в воду в различных точках русла, или с использованием акустической аппаратуры (эхолотов). Прочие геометрические характеристики получают прямым измерением с помощью геодезического инструмента.
Для определения расхода используют аналитический или графический методы, определив предварительно скорости и глубины на вертикалях в расчетном створе. Скорость течения воды измеряют вертушками со штанги, если глубина менее 3 м или при помощи троса с грузом.
1.4 Описать движения наносов и русловые процессы
Речными наносами называют твердые минеральные частицы вне зависимости от размера, переносимые потоком воды и образующие при определённых условиях отложения. Интенсивность образования, переноса и отложения наносов зависит от энергии текущей воды и характера слагающих русло пород. При этом чаще всего размыв наблюдается в верхнем течении рек, а отложение (аккумуляция) – в нижнем течении.
Наносы можно разделить по характеру их перемещения и отложения на донные и взвешенные. Донные наносы – это наиболее крупные частицы, которые перемещаются без отрыва от дна (влекомые) или с отрывом на короткое время (полувзвешенные). Такие наносы являются рельефообразующими и в значительной степени формируют русло потока.
Взвешенные наносы – совокупность наиболее мелких частиц грунта, долгое время находящихся во взвешенном состоянии и перемещающихся со скоростью, близкой к скорости течения. Наибольшая концентрация этих частиц наблюдается в придонном слое. Степень насыщения воды частицами наносов определяется мутностью воды, кг/м 3 (концентрацией). Этот показатель зависит от энергии потока и значительно изменяется как по длине реки, так и по ширине и по вертикали.
Зная распределение мутности воды и скорости потока в каком-либо створе, можно определить расход наносов, то есть количество наносов, переносимое потоков в единицу времени; а также транспортирующую способность потока – количество переносимых наносов определённого зернового состава без деформаций дна. Таким образом, транспортирующая способность потока равна максимальному расходу наносов, при котором их осаждение и взвешивание уравновешены, а средняя мутность потока постоянна.
При сравнительно крупных размерах частиц и значительной скорости потока начинается массовое перемещение наносов по дну, при этом образуются так называемые микроформы – несимметричные образования, похожие на рябь на поверхности воды. Они могут быть с короткими криволинейными гребнями (рифели) или с длинными прямыми (плоские гряды). Их образование обусловлено появлением вихревых зон в потоке за случайными неровностями дна, которые вызывают разрежение и появление подъемной силы на поверхности дна. Частицы грунта дна поднимаются и образуют микрогребень, что вызывает дальнейший рост подъёмной силы и развитие неровности, некоторые взвешенные частицы переносятся ниже первичного рифеля и образуют новую неровность. Процесс можно отчётливо наблюдать на песчаной отмели при небольших скоростях течения. При увеличении скорости размеры рифелей растут, вихревые зоны увеличиваются и начинается массовое взвешивание частиц, что приводит к образованию плоских гряд.
Подробное решение Параграф § 16 по географии для учащихся 8 класса, авторов И.И. Баринова 2015
Вопросы в начале параграфа
1)Вспомните из курсов природоведения, ботаники, истории, предшествующих курсов географии, какую роль в жизни человека играет вода.
Вода – питье, удовлетворение бытовых нужд, необходимое сырье для промышленности, универсальный растворитель, составная часть всех живых организмов.
2)В каком состоянии вода находится в природе?
Вода в природе встречается в жидков, твердом и газообразном состоянии.
3)Что такое мировой круговорот воды? Какую роль в жизни и деятельности человека он играет?
Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) - процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.
Вопросы в параграфе
*Как вы считаете, какие реки нашей страны наиболее богаты энергоресурсами? Почему вы так решили?
Реки Сибири обладают огромным гидроэнергетическим потенциалом. Именно здесь, на реках Енисей, Ангара - построены крупнейшие ГЭС. Это связано с их многоводность, значительными падением и уклоном.
*По карте определите, какие районы нашей страны богаты водными ресурсами, а какие бедны. Вспомните, откуда получают питание крупные реки России.
В целом страна хорошо обеспечена водными ресурсами, но по её территории распределены они крайне неравномерно, как в пространстве, так и во времени. Хорошо обеспечены этими ресурсами северные районы, Сибирь, реки этого региона обладают огромным гидроэнергетическим потенциалом. А наиболее освоенные регионы страны испытывают недостаток воды, особенно это, касается южной части европейской России. Затрудняет использование водных ресурсов и то, что больше всего воды реки несут в период весеннего половодья, а наибольшая потребность в воде ощущается летом. Реки бассейна Северного Ледовитого океана самые длинные и полноводные. Это - реки Лена, Енисей, Обь. Питание этих рек смешанное, преимущественно снеговое. Реки бассейна Тихого океана Основная - Амур с притоками - Зея, Бурея, Уссури. Питание преимущественно дождевое. Реки бассейна Атлантического океана. Это реки, впадающие в Черное, Азовское и Балтийское море. Такие как - Нева, Западная Двина, Днепр, Дон, Кубань. Питание преимущественно снеговое.
*Почему бывают наводнения на реках. Какие меры принимаются для борьбы с ними?
Продолжительные дожди, таяние снегов, прорыв плотин и водохранилищ. Наиболее эффективный способ борьбы с наводнениями на реках - регулирование речного стока путём создания водохранилищ. Они выравнивают сток реки, делая его больше летом и меньше весной, чем в его отсутствие. Для борьбы с наводнениями на морском берегу используются оградительные дамбы. Ещё одним способом борьбы с наводнениями является углубление перекатов и других мелей. Для защиты от наводнений при таянии льда на реках чаще всего применяют динамит (или иное взрывчатое вещество), взрываемый в определённых местах реки, который, уничтожая торосы, даёт возможность воде течь свободно и направить её по нужному направлению.
Вопросы в конце параграфа
1. Что такое водные ресурсы? Что надо знать, чтобы дать оценку водных ресурсов страны?
Водные ресурсы – поверхностны е и подземные воды, которые используются или могут быть использованы для водоснабжения населения, в сельском хозяйстве и промышленности. Для оценки необходимо знать распределение водных ресурсов по территории, их распределение по сезонам.
2. Укажите главные особенности водных ресурсов России.
Они крайне неравномерно распределены по территории, неравномерно и распределение стока по сезонам года, районы потребления и районы концентрации ресурсов разобщены.
3. Как влияет на водные ресурсы деятельность человека? Приведите положительные и отрицательные примеры?
Отрицательное влияние – загрязнение при строительстве ГЭС, судоходстве, сброс промышленных вод, вырубка леса усиливает неравномерность стока.
Положительное влияние – регулирование стока.
4. Какие меры принимаются в нашей стране по защите и охране водных ресурсов?
Установка очистных сооружений на предприятия облесение склонов и высадка лесополос, строительство водохранилищ в горных районах.
ИТОГОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ
1. Назовите все виды внутренних вод. Охарактеризуйте роль каждого из них в природе и хозяйственной деятельности.
Реки, озера, болота, подземные воды, ледники, многолетняя или вечная мерзлота, искусственные водохранилища и пруды, каналы. В реки осуществляется сток вод с суши. Крупные реки служат транспортными путями. Некоторые реки обладают гидроэнергопотенциалом. Реки, озера, водохранилища, подземные воды – это все источники для бытового водоснабжения, водообеспечения сельского хозяйства, промышленности.
В ледниках концентрируются значительные запасы пресных вод. зера регулируют сток рек. По ним проходят судоходные пути. На их берегах расположены многочисленные места отдыха. Озера активно влияют на другие компоненты природы. Они изменяют рельеф, формируя дно и берега. Наполняя свои котловины торфом, илом и солями, озера создают залежи полезных ископаемых.
Озера влияют на климат. Летом они умеряют жару, зимой смягчают холода, увлажняют берега испаряющейся с их поверхности влагой. Болота - важный источник питания рек и озер.
На болотах растет много полезных ягод: клюква, морошка. Они - естественная среда обитания многих животных. Поэтому сохранение болот важно для охраны и рационального использования богатств природы. Разнообразно и практическое использование болот. В болотах сосредоточено около 80% запасов торфа страны, который используется как сырье для химической промышленности и удобрение в сельском хозяйстве. Многолетняя мерзлота оказывает существенное воздействие как на природу, так и на жизнь и деятельность человека. Мерзлота влияет на растительность, так как постоянно охлаждает почву и приземный слой воздуха. Она ограничивает глубину проникновения в грунт корней растений, их водоснабжение. Поэтому в районах многолетней мерзлоты произрастают растения, имеющие неглубокую корневую систему.
Многолетняя мерзлота водонепроницаема, поэтому способствует заболачиванию территорий. При строительстве дорог, трубопроводов, зданий многолетняя мерзлота может оттаивать. Это грозит просадками и провалами грунта и разрушением построенных сооружений. Поэтому при строительстве многолетнюю мерзлоту нужно сохранять. Для этого дома и трубопроводы приподнимают над землей на специальных сваях, а дороги создаются на высоких защитных подушках из грунта.
3. Что такое режим реки? От чего он зависит? На что он влияет?
Режим реки - регулярные (суточные, годовые) изменения состояния реки, обусловленные физико-географическими свойствами ее водосборного бассейна, в первую очередь климатом. Режим реки проявляется в колебаниях уровней и расходов воды, времени установления и схода ледового покрова, температуре воды, количестве переносимых рекой наносов и др. Водный режим влияет на расход воды и сток.
4. Какие характеристики реки надо знать для использования ее ресурсов в хозяйстве?
Уклон, режим, величина стока.
5. Объясните причины образования многолетней мерзлоты. Как влияет многолетняя мерзлота на другие компоненты природы, на жизнь и деятельность человека?
Причина образования многолетней мерзлоты сильное промерзание грунтов, которое не оттаивает в течение долгого времени. Многолетняя мерзлота ограничивает глубину проникновения корней, что препятствует ведению сельского хозяйства. Воды, скапливающиеся в мерзлоте заболачивают местность. Образуются просадки, вспучивания. Мерзлота осложняет строительство дорого, зданий, добычу полезных ископаемых.
7. Докажите справедливость поговорки «Вода – это жизнь».
Роль воды в жизни человека неоспоримо высока. Она служит основой для хорошего функционирования всего организма. В воде находятся различные вещества, характер происхождения которых разнообразен, как органический, так и неорганический. Она составляет почти три четверти веса взрослого человека. Ведь именно вода создала Землю, сделала ее такой, как сейчас, породила жизнь. Больше того, вода – самое удивительное вещество на Земле, и чем больше мы о ней узнаём, тем больше поражаемся.
Вероятно, мало кто из вас задумывался над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно: ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары. Очень обычна она на нашей планете, даже тело человека на 71 процент состоит из воды. При утрате 6-8% влаги от массы тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 12% и выше процентов влаги наступает смерть.
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ СУШИ
Еще сравнительно недавно вода, как и воздух, считалась одним из бесплатных даров природы, только в районах искусственного орошения она всегда имела высокую цену. В последнее время отношение к водным ресурсам суши изменилось. Это объясняется тем, что ресурсы пресной воды составляют лишь 2,5% общего объема гидросферы. В абсолютном исчислении это огромная величина (30-35 млн м 3), которая превышает нынешние потребности человечества более чем в 10 тыс. раз! Однако подавляющая часть пресных вод как бы законсервирована в ледниках Антарктиды, Гренландии, во льдах Арктики, в горных ледниках и образует своего рода "неприкосновенный запас", пока еще не доступный для использования.
Показатели:
96,5% - соленые воды Мирового океана; 1% - соленые подземные воды; 2,5% - ресурсы пресной воды.
Пресная вода: 68,7 - ледники; 30,9% - подземные воды.
Таблица 11. Распределение мировых ресурсов пресной воды по крупным регионам.
Данные этой таблицы позволяют сделать интересные выводы. Прежде всего, о том, насколько ранжирование стран по первому показателю не совпадает с расстановкой их по второму. Видно, что наибольшими ресурсами пресной воды обладает Азия, а наименьшими - Австралия и Океания, тогда как по удельной обеспеченности ими они меняются своими местами. Конечно, все дело в численности населения, которое в Азии уже достигло 3,7 млрд. человек, а в Австралии едва превышает 30 млн. Если сбросить со счетов Австралию, то наиболее обеспеченным пресной водой регионом мира окажется Южная Америка. И не случайно, ведь именно здесь находится Амазонка - самая полноводная река мира.
Еще больше различаются по запасам и обеспеченности пресной водой отдельные страны. Исходя из принципа "самые-самые", покажем, какие из них относятся к категории наиболее богатых и наиболее бедных пресной водой.
Таблица 12. Первые десять стран по ресурсам пресной воды.
В ней также ранжир ресурсов не совпадает с ранжиром удельной обеспеченности, причем в каждом отдельном случае такое различие можно объяснить. Например, в Китае и Индии - огромное население, следовательно, - низкая обеспеченность на душу населения. Но в мире есть и еще менее обеспеченные пресной водой страны, где на душу населения приходится менее 1 тыс. м 3 воды (т. е. такое количество, которое житель крупного европейского или американского города потребляет примерно за двое суток). Наиболее яркие примеры подобного рода можно найти в присахарской части Африки (Алжир - 520 м 3 , Тунис - 440 м 3 , Ливия - 110 м 3) и в районе Аравийского полуострова (Саудовская Аравия - 250 м 3 , Кувейт - 100 м 3).
Эти отдельные примеры интересны тем, что позволяют сделать важное обобщение: в конце XX в. примерно 2/5 населения нашей планеты испытывают хронический недостаток пресной воды. В данном случае речь идет главным образом о тех развивающихся странах, которые расположены в аридном поясе Земли. Нельзя не учитывать и того, что даже имеющаяся пресная вода в этих странах настолько загрязнена, что является основной причиной большинства болезней.
Главный потребитель пресной воды - сельское хозяйство, где очень велик безвозвратный расход воды, особенно на орошение. Промышленно-энергетическое и коммунально-бытовое потребление воды также все время растет. В экономически развитых странах городской житель использует 300-400 л воды в сутки. Подобный рост потребления при неизменных ресурсах речного стока создает реальную угрозу возникновения дефицита пресной воды.
При этом нужно учитывать не только количество, но и качество воды. В развивающихся странах от недостатка питьевой воды страдает каждый третий житель. Потребление загрязненной воды служит источником 3/4 всех болезней и 1/3 всех смертных случаев. В Азии доступа к чистой воде не имеют более 1 млрд., в Африке к югу от Сахары - 350 млн. и в Латинской Америке - 100 млн. человек.
Но, кроме того, запасы пресной воды на Земле распределены крайне неравномерно. В экваториальном поясе и в северной части умеренного пояса она имеется в достатке и даже в избытке. Здесь расположены самые многоводные страны, где на душу населения приходится более 25 тыс. м 3 в год. В засушливом поясе Земли, который охватывает около 1/3 территории суши, дефицит воды ощущается особенно остро. Здесь расположены самые маловодные страны, где на душу населения приходится менее 5 тыс. м 3 в год, а сельское хозяйство возможно лишь при искусственном орошении.
Существует несколько путей решения водной проблемы человечества. Главный из них - уменьшение водоемкости производственных процессов и сокращение безвозвратных потерь воды. В первую очередь это относится к таким технологическим процессам, как производство стали, синтетического волокна, целлюлозы и бумаги, к охлаждению энергоблоков, к орошению полей риса и хлопчатника. Большое значение для решения водной проблемы имеет сооружение водохранилищ, регулирующих речной сток. За последние пятьдесят лет количество водохранилищ на земном шаре возросло примерно в 5 раз. Всего в мире создано более 60 тыс. водохранилищ, общий объем которых (6,5 тыс. км 3) в 3,5 раза превосходит единовременный объем воды во всех реках земного шара. Вместе взятые, они занимают площадь 400 тыс. км 2 , что в 10 раз превышает площадь Азовского моря. Такие крупные реки, как Волга, Ангара в России, Днепр на Украине, Теннесси, Миссури, Колумбия в США, да и многие другие, фактически превратились в каскады водохранилищ. Особенно важную роль в преобразовании речного стока играют крупные и крупнейшие водохранилища. Проблема в том, что главным источником удовлетворения потребностей человечества в пресной воде были и остаются речные (русловые) воды, определяющие "водный паек" планеты - 40 тыс. км 3 . Он не так уж значителен, особенно с учетом того, что реально можно использовать примерно 1/2 этого количества.
По числу крупных водохранилищ выделяются США, Канада, Россия, некоторые страны Африки и Латинской Америки.
Таблица 13. Крупнейшие водохранилища мира по объему воды (страны)
В США, Канаде, Австралии, Индии, Мексике, Китае, Египте, ряде стран, входящих в СНГ, осуществлены или проектируются многочисленные проекты территориального перераспределения речного стока с помощью его переброски. Однако в последнее время наиболее крупные проекты межбассейновой переброски по экономическим и природоохранным соображениям были отменены. В странах Персидского залива, Средиземноморья, в Туркменистане, на Каспийском море, на юге США, в Японии, на островах Карибского моря применяется опреснение морской воды; крупнейший в мире производитель такой воды - Кувейт. Пресная вода уже стала товаром мировой торговли: ее транспортируют в морских танкерах, по дальним водопроводам. Разрабатываются проекты буксировки айсбергов из Антарктики, которая каждое полярное лето отправляет в плавание 1200 млн. т законсервированной в них пресной воды в страны засушливого пояса.
Вы знаете, что речной сток широко используется и для получения гидроэнергии. Мировой гидроэнергетический потенциал , пригодный для использования, оценивается почти в 10 трлн кВт*ч. возможной выработки электроэнергии. Около 1/2 этого потенциала приходится всего на 6 стран: Китай, Россию, США, Конго (бывший Заир), Канаду, Бразилию.
Таблица 14 . Мировой экономический гидропотенциал и его использование
|
Регионы |
Всего |
В том числе использованный, % |
|
|
млрд кВт * ч |
в % |
||
|
СНГ |
1100 |
11,2 |
|
|
Зарубежная Европа |
|||
|
Зарубежная Азия |
2670 |
27,3 |
|
|
Африка |
1600 |
16,4 |
|
|
Северная Америка |
1600 |
16,4 |
|
|
Латинская Америка |
1900 |
19,4 |
|
|
Австралия и Океания |
|||
|
Весь мир |
Основные понятия: географическая (окружающая) среда, рудные и нерудные полезные ископаемые, рудные пояса, бассейны полезных ископаемых; структура мирового земельного фонда, южный и северный лесные пояса, лесистость; гидроэнергетический потенциал; шельф, альтернативные источники энергии; ресурсообеспеченность, природно-ресурсный потенциал (ПРП), территориальное сочетание природных ресурсов (ТПСР), районы нового освоения, вторичные ресурсы; загрязнение окружающей среды, экологическая политика. Навыки и умения: уметь давать характеристику природных ресурсов страны (региона) по плану; использовать различные методы экономической оценки природных ресурсов; давать характеристику природных предпосылок для развития промышленности, сельского хозяйства страны (региона) по плану; давать краткую характеристику размещения основных видов природных ресурсов, выделять страны "лидеры" и "аутсайдеры" по обеспеченности тем или иным видом природных ресурсов; приводить примеры стран, не обладающих богатыми природными ресурсами, но достигших высокого уровня экономического развития и наоборот; приводить примеры рационального и нерационального использования ресурсов. | ||