Водные ресурсы Среднего Урала

Главнейшие скопления глубоких подземных вод Среднего Урала и прилегающих территорий приурочены к зонам тектонических разломов. Наи-большее значение имеют молодые движения, имевшие место не только по окраинам горной полосы, но и ближе к осевой части. Именно для зон позднейших движений земной коры характерна большая водоносность глубоких трещин в толщах горных пород (гранитов, кварцитов, мраморизованных известняков, кремнистых сланцев и др.) [ 24, с. 96 ]. Своеобразными местами накопления вод служат кварцевые, порфиритовые и гранитные жилы. Крупные скопления глубоких подземных вод встречаются в местах развития карста среди известняков западных и отчасти восточных предгорий хребта.

Обычно безвозвратные потери при хозяйственно - бытовом водоснабжении не превышают 15 - 20 %. Поэтому возвратные воды могут быть учтены дополнительно в водохозяйственном балансе. Возможный путь решения проблемы водохозяйственного баланса - комбинированное использование поверхностных и подземных вод.

Итак, можно сделать выводы:

§ 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 рек Среднего Урала четко прослеживается систематическое уменьшение водности, обусловленное антропогенными факторами.

§ Сооружение водохранилищ имеет главной целью в большинстве случаев перераспределение стока во времени (регулирование стока), которое пресследует различные хозяйственные цели.

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ

3.1 Общие факторы влияния

Реки широко используются многочисленными и разнородными водопотребителями и водопользователями. Во многих районах -- это главные источники используемых в хозяйстве вод.

Основные потребители и пользователи речных вод: промышленность, тепловая и атомная энергетика, коммунальное озяйство, орошаемое земледелие (водопотребители), гидроэнергетика, речной транспорт, рыбное хозяйство (водопользователи).

Все хозяйственные мероприятия, оказывающие влияние на речной сток, можно подразделить на две большие группы. К первой группе относятся те виды хозяйственной деятельности, которые не связаны непосредственно с забором воды из рек и преобразованием режима самих рек. Эти мероприятия влияют на сток рек косвенно -- через изменение элементов водного баланса в речных бассейнах (главным образом испарения) и через изменение условий стекания талых и дождевых вод со склонов, сопутствующее преобразованию поверхности речного бассейна [ 7, с. 146 ]. Это вырубка леса и его восстановление, осушение болот и заболоченных земель, агротехнические мероприятия, урбанизация территории.

Ко второй группе относятся такие виды хозяйственной деятельности, которые связаны с изъятием, территориальным перераспределением и регулированием самого речного стока: забор вод на орошение земель, промышленное и коммунальное водоснабжение, «переброска вод» из других бассейнов, регулирование стока с помощью водохранилищ и т. д. В результате этих водохозяйственных мероприятий может измениться как величина стока, так и его внутригодовое определение.

Вырубка и восстановление леса. Вырубка лесов была исторически первым крупным проявлением деятельности человека, оказавшим влияние на сток рек.

Главная причина возможного изменения годового стока рек заключается в изменении суммарного испарения в результате вырубки или восстановления леса. Испарение же зависит от характера подстилающей поверхности, в частности от потребления воды лесом, которое различается у лесов разного возраста и состава.

Доказательства изменения испарения и стока привел О. И. Крестовский на примере вырубки и восстановления елового леса (рис. 7) [ 22, с. 194 ]. В первое десятилетие после вырубки леса испарение резко снижается (на 20--35%), так как надпочвенная растительность, оставшаяся после вырубки спелого елового леса, не требует большого количества влаги.

Рис. 7. Изменение стока в зависимости от вырубки леса (по данным Шахова) 1 - испарение 2 - сток

Снижение испарения может привести к переувлажнению почвы, повышению уровня грунтовых вод. В это время сток с лесосеки возрастает и превышает норму в 1,4 - 1,9 раз. Особенно существенно возрастает поверхностный сток. Это, в свою очередь, приводит к усилению эрозии и увеличению стока наносов.

В последующие годы по мере восстановления древостоя испарение быстро увеличивается, а сток уменьшается. И лишь после полного восстановления видового состава леса сток возвращается к норме. Этот период продолжается 110 - 130 лет. При этом наиболее сильные изменения претерпевает поверхностная составляющая стока.

Когда на лесосеке проводят искусственную посадку хвойного леса, вос-становление и леса и стока происходит на 25--50 лет быстрее. Если же на месте лесосеки создают сельскохозяйственные угодья, то изменение величины стока будет зависеть от вида сельскохозяйственных культур и от того, больше или меньше воды потребляют они по сравнению с водопотреблением леса. Во многих случаях годовой сток с сельхозугодий приблизительно такой же, как и с леса.

Поскольку на больших речных бассейнах лес не бывает однородным по составу и возрасту (вследствие, например, разновременности вырубок), суммарное влияние леса на годовой сток на больших площадях нивелируется.

Что касается оценки влияния леса на подземную составляющую стока и на питание рек в меженный период, то роль леса в этом безусловно положительная. По П. Ф. Идзону, например, подземное питание рек в пределах лесной зоны на 30--70%, а сток в летне-осенний период на 20--50% больше на залесенных водосборах, чем на малооблесенных [ 7, с. 149 ]. В этом проявляется водоохранная и регулирующая роль леса. Восстановление лесов увеличивает ресурсы пресных подземных вод и подземное питание рек.

Осушение болот и заболоченных земель. К настоящему времени считается доказанным, что болота благодаря особым водно-физическим свойствам торфа активно поглощают воду, сильно ее испаряют и отдают рекам. Поэтому сток рек с заболоченных водосборов, как правило, меньше, чем сток рек с рядом расположенных незаболоченных водосборов.

Непосредственным последствием осушения болот становится увеличение стока в результате уменьшения испарения, а также понижение уровня грунтовых вод и сработки вековых запасов вод в болотах [ 7, с. 151 ]. В последующем величина стока будет зависеть от вида сельскохозяйственных культур, произрастающих на месте осушенных болот. Общая водоносность рек в результате осушения болот изменяется мало, так как испарение с сельхозугодий близко по величине к испарению с болот. Внутригодовое распределение стока после осушения болот становится более равномерным, так как возрастает меженный сток вследствие снижения испарения.

Урбанизация. Непосредственное влияние городских территорий на сток (без учета водопотребления на промышленные и коммунальные нужды) связано с изменением составляющих водного баланса. Над крупным городом благодаря увеличению запыленности атмосферы и повышенной «шероховатости» подстилающей поверхности атмосферные осадки возрастают приблизительно на 10% по сравнению с осадками в естественных условиях.

Радикальное изменение характера поверхности (увеличение площадей крыш и территорий, покрытых асфальтом) приводит к резкому сокращению инфильтрации, ускорению стекания талых и дождевых вод. В результате величина стока с городских территорий возрастает на 10--15%, причем особенно заметно увеличиваются поверхностная составляющая стока и в 2--3 раза максимальные величины паводочного стока [ 21, с. 76 ]. Подземная со-ставляющая стока заметно уменьшается. Несмотря на такие большие изменения стока в пределах городских территорий, суммарное влияние урбанизации на сток рек невелико, что объясняется небольшой долей городских территорий в общей площади бассейна реки (не более 1--2%). Значительно существеннее отрицательное влияние урбанизации на качество речных вод. Во многих городах мира ухудшение качества воды протекающих здесь рек превращается в серьезную проблему.

Промышленное и коммунальное водопотребление. Этот вид водопотребления постоянно увеличивается. Источником воды для нужд промышленности, тепловой энергетики и коммунального хозяйства служат как реки, так и подземные воды. В результате значительного увеличения водозабора из этих источников речной сток сокращается, а истощение вековых запасов подземных вод часто сопровождается понижением их уровня и образованием депрессионной воронки. Это нередко также способствует уменьшению речного стока, идущего на пополнение запасов подземных вод.

В целом водопотребление на промышленные и коммунальные нужды слабо влияет на количественные характеристики речного стока, но часто существенно ухудшает качество вод.

Агротехнические мероприятия. К агротехническим и агромелиоративным мероприятиям относятся зяблевая вспашка, распашка целинных и залежных земель, создание полезащитных лесных полос, мероприятия по снегозадержанию и т. д. Цель этих мероприятий - повышение урожайности сельскохозяйственных культур. В зоне недостаточного увлажнения это достигается, в частности, задержкой влаги на полях, уменьшением склонового стока, увеличением доли воды, идущей на продуктивное испарение.

Гидрологические последствия таких мероприятий зависят от площади водосбора. На малых водосборах благодаря улучшению в результате распашки инфильтрационных свойств почв и задержанию воды на полях существенно сокращается поверхностный сток [ 21, с. 73 ]. Уменьшается и величина годового стока, причем степень этого уменьшения растет с севера на юг, достигая 5--10% в лесостепи, 20--50% в степной зоне. С увеличением размеров речного бассейна влияние агротехнических мероприятий на сток быстро падает. Объясняется это тем, что на больших бассейнах менее заметное влияние на сток оказывает перераспределение поверхностного и подземного стока. Влага, удержанная на полях и перешедшая в подземный сток, возвращается в русла больших рек в виде увеличивающегося подземного питания.

Суммарное влияние агротехнических мероприятий на большие территориях проявляется в сокращении стока половодья, некотором увеличении меженного стока и, как правило, небольшом уменьшении годового стока. Последнее -- это следствие не столько самих агротехнических мероприятий, сколько более продуктивного использования вод на сельскохозяйственных угодьях.

Орошение. Этот вид водопотребления приводит к наибольшим безвозвратным потерям воды. Главным источником вод для орошения и обводнения служат реки. Водозабор из рек на орошение может быть самотечным, плотинным, машинным (с применением насосов). Поступающие на поля речные воды идут частично на продуктивное испарение (используются сельскохозяйственными культурами), частично -- на непродуктивное испарение с поверхности водохранилищ, каналов, подтопленных земель и т. д. и инфильтрацию, частично возвращаются в реки через коллекторно-дренажную сеть в виде возвратных вод [ 29, с. 112 ]. Возвратные воды нередко имеют повышенную минерализацию, содержат вымытые из почвы соли и растворенные химикаты (удобрения, пестициды, гербициды) и непригодны для повторного использования. Избыточная подача воды на орошение (явление, к сожалению, нередкое) ведет не только к нерациональному использованию вод, их потере, но и может вызвать повышение уровня грунтовых вод, заболачивание и засоление земель.

В результате забора речных вод на орошение и сброса в эти же реки возвратных вод годовой сток рек уменьшается, но внутригодовое распределение стока несколько выравнивается.

3.2 Источники загрязнения вод на Среднем Урале

Реки и озера Среднего Урала-- основные источники водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов. Многие реки, особенно на севере области, используются для лесосплава. Отдельные участки самых больших рек -- Тавды, Сосьвы и Лозьвы, Туры и Уфы пригодны для плавания небольших судов. Кроме того, озера, пруды и водохранилища -- места отдыха и любительского рыболовства жителей области. На некоторых озерах ловом рыбы занимаются рыболовецкие артели.

В больших центрах области--Свердловске, Нижнем Тагиле, Каменске-Уральском ощущается нехватка воды для бытового и промышленного потребления. Потребность в воде с ростом городов все увеличивается. Появляется необходимость в переброске воды в эти города из более отдаленных рек. Так, для Свердловска, кроме Исети и ближайших озер, воду берут из Волчихинского водохранилища на р. Чусовой. Вода идет через самотечный канал к р. Решотке (притоку Исети).

Многим рекам, озерам и прудам в области большой ущерб нанесли сточные воды промышленных предприятий. Вода в ряде рек и озер стала не пригодной для питья. В них почти исчезла рыба и водная растительность. Сплавные реки засорены затонувшей при лесосплаве древесиной. Это тоже портит реки. Ведется и должна вестись в еще большем масштабе работа по очищению рек, озер и прудов области.

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение «вода - это жизнь».

Среднеуральский подрайон специализируется на металлургии, черной и цветной, тяжелом и энергетическом машиностроении, химической и лесной промышленности. Это самый мощный промышленный район Урала.

Почти вся территория Урала подвержена мощной антропогенной нагрузке. Особенно негативное влияние на состояние окружающей среды в районе оказывают горно-добывающая промышленность, черная и цветная металлургия, химическая и нефтехимическая промышленность, тепло - и гидроэнергетика, лесозаготовки [ 23, с. 81 ]. В настощее время Урал считается зоной экологического бедствия - пять городов занесены в «черную» экологическую книгу России: Екатеринбург, Курган, Нижний Тагил, Пермь, Каменск - Уральский. В атмосферу Урала только горными и металлургическими предприятиями выбрасываются сотни тысяч тонн вредных веществ ежегодно. Отходы производств почти не утилизируются, в регионе скопилось свыше 2,5 млрд. м³ отходов горного и металлургического производства.

Тысячи гектаров земель изымаются под горные работы, загрязняются подземные и поверхностные воды, почвы, атмосфера, уничтожается растительность.

Несомненно, экологический кризис ставит под угрозу здоровье и жизнь людей в регионе. Требуемые затраты на ликвидацию хотя бы основных экологических нарушений в несколько раз превышают суммы, выделяемые для этих целей во всей стране.

Главные источники загрязнения подземных вод в городах таковы: утечки из канализационных коллекторов, просачивание загрязненных атмосферных осадков сквозь загрязненные почвы, засыпанные и застроенные свалки, утечки и фильтрация из очистных сооружений, технологических коммуникаций и с канализированных и неканализированных промплощадок

[ 23, с. 87 ].

Исторически сложился прочный обычай размещать свалки в отработанных карьерах и оврагах, то есть как можно ближе к грунтовым водам; располагать заводы, очистные сооружения, поля фильтрации, склады - в речных долинах, т.е. там, где естественная защита подземных вод зачастую отсутствует.

Причины

1. Так как промышленные стоки занимают первое место по объему и ущербу, который они наносят, то решать проблему сбросов их в реки нужно в первую очередь. Из-за загрязнения вызываемого стоками начинаются различные биогенные мутации. Из рек и озер пропадают многие виды рыбы, а те которые остаются - непригодны в пищу. Значительно скудеет флора и фауна водоемов. Из-за промышленных стоков в водоемах наблюдается избыток кислорода, поэтому можно наблюдать так называемое «цветение» водоемов. Многие наверное не раз видели на поверхности воды нефтяную пленку, которая переливаясь на солнце кажется очень красивой, но на самом деле вызывает уменьшение проникновения света в водную толщу в несколько раз. Изменяется и химический состав водоемов, повышается содержание азота, фосфора и хлорсодержащих веществ.

Наибольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны - аммонийный и нитритный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, метил меркаптан, формальдегид и др. [20, с. 101]. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК - 0,1 мг/л [ 20, с. 104 ]. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

2. Важной проблемой является загрязнение водоемов отходами сельского хозяйства. Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода [ 5, с. 56 ]. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.

Многие наверняка с наступлением весеннего половодья не раз замечали неприятный запах, который источает питьевая вода. Запах этот вызван тем, что бурные весенние потоки смывают в реку фекальные массы, накопившиеся за зиму и вывезенных весной на поля. Вместо того, чтобы следить за попаданием этих веществ в реки, предпочитают перед тем как подать эту воду в дома смещать ее с огромным количеством хлорки, которая является далеко небезопасным веществом.

3. Третьей проблемой является попадание в реки и другие водоемы различного бытового и промышленного мусора. Многие, наверное, не раз гуляя по набережной бросали в воду бумажку, банку, ветку и т.д. В каком-то месте весь этот мусор скапливается и в русле реки образуются наносы, возникают островки. Все это ведет в засорению и пересыханию реки. Этот же мусор разлагаясь выделяет различные канцерогенные вещества, которые попадают вместе с пищей к нам на стол.

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов [ 5, с. 57 ] . Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота [ 5, с. 59 ].

В 2002 году были проведены исследования влияния загрязнения среды обитания на здоровье населения на основе многосредовой оценки риска. Этой работой были охвачены 12 зон в 9 городах Среднего Урала: Екатеринбурге, Нижнем Тагиле, Первоуральске, Красноуральске, Верхней Пышме, Среднеуральске, Кушве, Берёзовском и Сысерти с общей численностью населения 2028 500 человек, что составляет примерно 50% всего городского населения области.

При ранжировании вышеуказанных зон в порядке убывания суммы коэффициентов опасности (КО), характеризующих многосредовые не канцерогенные риски для детского и взрослого населения от загрязнения среды обитания мышьяком, цинком и медью, первые места в списке занимают города Красноуральск, Первоуральск, Екатеринбург и Нижний Тагил.

В Свердловской области потенциальным источником загрязнения подземных вод является разработка рудных месторождений. При подземной и открытой разработке рудных месторождений вынос токсичных металлов из недр происходит за счет их растворения подземными водами, поступающими в водоотлив. В воде шахтных водоотливов ОАО «Березовский рудник» в г. Березовском, эксплуатируемом с 1954 г., сухой остаток достигает 670 мг/дм3 (в 2 раза выше фона), содержание сульфатов - до 370 мг/дм3 (в 19 раз выше фона), хлоридов - до 66 мг/дм3 (в 7 раз выше фона), железа - до 3,83 мг/дм3 (13 ПДК), марганца - до 1,2 мг/дм3 (12 ПДК). Большая часть воды из шахт ОАО «Березовский рудник» (34,4 тыс. м3/сут) после частичной очистки в отстойниках сбрасывается в р. Пышму [ 10, с. 115 ].

В апреле июне 2002 года специалистами Уральского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды проверено восемь водных объектов Свердловской области, в результате чего выявлен высокий и экстремально высокий уровень загрязнения поверхностных вод водоемов.

Так, в реке Чусовая (около рабочего поселка Староуткинск) содержание меди превысило предельно допустимую концентрацию (ПДК) в 33 раза, хрома шестивалентного в 13,3 раза. В реке Исеть от Екатеринбурга до Каменск - Уральского содержание меди составило от 32 до 63 ПДК, в реке Тагил, в черте города Нижнего Тагила, - от 33 до 48 ПДК, в реке Ирбит, в черте г. Ирбита, - норма превышена в 40 раз. В реке Пышма, выше города Березовский, содержание меди составило 38 ПДК, никеля 13,8 ПДК, в черте города Березовский содержание азота нитритов составило 10,8 11,6 ПДК. Содержание азота нитритов в реке Кунара, около Богдановича, превышает норму в 26 раз [ 10, с. 118].

Практически все выявленные превышения ПДК вызваны деятельностью промышленных предприятий области.

Экологические последствия техногенного и природного характера выражаются в возникновении угрозы жизни и здоровью людей, разрушении или уничтожении объектов, а также нанесении серьезного ущерба окружающей среде за счет химического, биологического, радиоактивного загрязнения, уничтожения растительных и животных ресурсов.

3.3 Химическое и биологическое загрязнение водных ресурсов

На протяжении последних лет первое место среди приоритетных санитарно - гигиенических факторов формирования здоровья населения занимает комплексная химическая нагрузка, которой было подвержено в 2003 году около 3 млн. человек, в том числе 450 тыс. детского населения. Химическая нагрузка связана с загрязнением питьевой воды, атмосферного воздуха, почвы и продуктов питания.

В 2003 г. 15% источников централизованного водоснабжения по качеству воды не отвечают санитарным правилам и нормам (в 2000 г - 15,6%) [ 10, с. 121 ].

Только 23 % водопроводов обеспечивают в полном объеме производственный лабораторный контроль качества питьевой воды, на 36% - неполный, на 19,7% водопроводов производственный лабораторный контроль полностью отсутствует.

По данным мониторинга каждая шестая проба воды по санитарно-химическим и каждая четырнадцатая по микробиологическим показателям в сети централизованного водоснабжения не соответствуют гигиеническим нормативам (в 2000 году соответственно 20,9% и 6,9%).

Свыше 3,5 млн. человек обеспечивается водой из централизованных систем водоснабжения; из них потребляют воду, не соответствующую санитарным нормам по органолептическим показателям около 2,4 млн. человек, по санитарно - химическим (в частности хлорорганические соединения, группа азота, тяжелые металлы и др.) - более 1,29 млн. человек [ 5, с. 59 ].

Еще около миллиона человек использует для питьевых целей воду нецентрализованных источников, качество которой не соответствует гигиеническим требованиям по санитарно - химическим показателям (органолептические свойства, нитраты, нефтепродукты и др.) в 30% случаев и эпидемиологически опасную - в 25%.

Критическая ситуация по обеспечению населения питьевой водой создалась в городах Ирбите, Туринске, Талице, К-Уральском, Асбесте, Первоуральске, где питьевая вода зачастую подается по определенному графику.

В рамках работы по «Организации мониторинга загрязнения питьевой воды с учетом других путей поступления экотоксикантов в организм жителей крупных промышленных центров Свердловской области оценивалась вероятность развития неблагоприятных для населения, проживающего в 9 городах Свердловской области: Екатеринбурге, Нижнем Тагиле, Первоуральске, Красноуральске, Верхней Пышме, Среднеуральске, Кушве, Берёзовском и Сысерти [ 10, с. 120 ].

Результаты оценки риска свидетельствуют о том, что мышьяковая экспозиция обусловливает в течение всей жизни до 228 случаев рака среди всех групп населения, проживающих в изученных городах. Наиболее высокий мышьяковый риск прогнозируется в городах, водоснабжение которых организовано из поверхностных водоисточников.

Зависимость риска токсической нефропатии от дозы кадмия, позволяет прогнозировать, что при продолжающейся в течение всей жизни кадмиевой экспозиции населения в 9 изученных городах области может заболеть 4315 жителей.

Неблагополучными в отношении хлорорганических соединений остаются населенные пункты области, использующие для централизованного хозяйственно - питьевого водоснабжения поверхностные источники: г.г. В-Салда, Екатеринбург, Каменск-Уральский, Качканар, Краснотурьинск, Кировград, Красноуральск, Кушва, Нижний Тагил, Нижняя Тура, Новая Ляля, Североуральск, Ивдель, Первоуральск, Полевской, Ревда, Тавда и т.д.

Результаты изучения мутагенной активности воды, подаваемой населению Екатеринбурга, в годовом цикле показали, что в среднем максимальной мутагенной активностью обладала вода в разводящей сети, несколько меньшей - после водоподготовки перед подачей в разводящую сеть, и минимальной - исходная вода источника.

Практически все население Свердловской области (более 4,4 млн. человек) употребляет питьевую воду с низким содержанием фтора, обуславливающим высокий уровень заболеваний кариесом. В области фторирование питьевой воды осуществляется только в поселке Рефтинский (18,7 тысяч человек).

Избыток кальция и повышенная жесткость в подземных источниках питьевой воды наблюдается в Артемовском, Белоярском, Богдановичском, К-Уральском и Красноуфимском районах, что может способствовать развитию мочекаменной болезни, нарушению состояния водно-солевого обмена, раннему обызвествлению костей, замедлению роста скелета у детей [5, с. 61].

Более половины водопроводов области подают воду с повышенным содержанием железа и марганца. Особенно неблагополучны в этом отношении Верхотурье, Ирбит, Ивдель, Камышлов, Кировград, Кушва, Туринск, Асбест и др.

Периодически наблюдается превышение содержания остаточного алюминия в питьевой воде (г.г. Реж, Тавда и др.). Выявлено неблагоприятное влияние на состояние здоровья населения, длительно употреблявшего питьевую воду с содержанием алюминия в концентрациях 5,0 мг/л.

В восточных районах области (Байкалово, Талица, Тугулым, Туринск и др.) используются подземные водоисточники с повышенными уровнями содержания в питьевой воде натрия, хлоридов и сульфатов, что является факторами риска развития гипертонической болезни и заболеваний желудочно-кишечного тракта.

В воде большинства подземных источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения наблюдается повышенное содержание кремния (выше 10 мг/л).

Массовое обследование здорового населения, проживающего в провинциях с высоким содержанием кремния в питьевых водах (до 20,0 мг/л), позволило обнаружить комплекс предпатологических изменений, характерных для почечной формы эндемического уролитиаза.

На втором месте следует биологическая нагрузка, которой подвержено около 1250 тыс. человек. Воздействие биологической нагрузки формируется за счет некачественной питьевой воды и продуктов питания.

Более 1,4 млн. человек на Среднем Урале продолжают потреблять потенциально опасную в эпидемиологическом отношении питьевую воду. В 6,8% пробы питьевой воды из сети централизованного водоснабжения не соответствует гигиеническим нормативам (в 2000 году - 6,9%) [ 17, с. 74 ]. Процент неудовлетворительных проб питьевой воды по микробиологическим показателям в распределительной сети составил 3,1% (в 2000 году - 3,7% - по данным А.Петухова ) [ 30, с. 5 ]. Наихудшие показатели зарегистрированы в гг. Ирбит, пос. Белоярский, Усть-Ница (Сл. Туринский район), уезд Верхотурье.

Наихудшие показатели качества воды наблюдались с апреля по сентябрь, что связано с периодами весеннего паводка, и летней межени, неблагоприятно влияющих на качество подземных и поверхностных вод водоисточников. Такая тенденция прослеживается в течение не одного периода наблюдения.

Территориями риска в связи с обеспечением эпидемиологически опасной питьевой водой являются Кушва, Слобода Туринская, Тугулым, Талица, Красноуфимск, Белоярский, Тавда, Туринск, Нижний Тагил, Ревда, Ирбит.

Так как водные ресурсы играют главнейшую роль в жизнедеятельности человека, а этот человек, понимая всю их важность для своей жизнедеятельности, продолжает их загрязнять, то начинать любить и бережно относиться к ним нужно учить с самого детства.

Таким образом, на основе вышеизложенного в данной главе сделаем выводы:

§ Все хозяйственные мероприятия, оказывающие влияние на речной сток, можно подразделить на две группы:

1) виды хозяйственной деятельности, которые не связаны непосредственно с забором воды из рек и преобразованием режима самих рек. Они оказывают косвенное влияние на сток рек;

2) виды хозяйственной деятельности, которые непосредственно связаны с изъятием, территориальным перераспределением и регулированием самого речного стока.

§ Главные источники загрязнения подземных вод: промышленные стоки, просачивание загрязненных атмосферных осадков сквозь загрязненные почвы, свалки мусора, утечки и фильтрация из очистных сооружений.

Глава 4. ВОЗМОЖНОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД В ШКОЛЕ

На современном этапе развития образовательной сферы общества стоит сложная задача - преодолеть несоответствие между необходимостью оптимизации отношений между обществом и окружающей средой как на глабальном, так и на региональном уровнях и неподготовленностью к решению этой проблемы большинства населения из - за его отвлеченности, отдаленности от конкретных геоэкологических проблем своей местности.

Одним из необходимых условий для осуществления рационального природопользования и предотвращения кризисных экологических ситуаций является экологическое образование.

В качестве основной цели геоэкологического образования и краеведения следует считать воспитание личности, готовой к экологически оправданной деятельности в окружающей среде (труд, отдых, потребление даров природы, охрана природной среды). Только такая деятельность и служит показателем экологической культуры. Именно деятельность человека как биологического и социального субъекта одновременно является основой взаимоотношений между обществом и природой. Эта деятельность протекает всегда на конкретной территории. Поэтому знания человека о геоэкологических проблемах своего региона и умение их решать приобретают в настоящее время особую ценность: «главной проблемой науки» называл Л.Н. Гумилев предотвращение разрушения окружающей среды [14, с. 56 ]. Краеведческий подход к экологическому образованию детей позволяет конкретизировать экологическое образование, создать эффект присутствия и соучастия в решении проблем охраны природы, делает эти проблемы доступными для непосредственного наблюдения и изучения.

В связи с этим возникает необходимость определения эффективных путей реализации геоэкологического краеведения - разработки системы в изучении вопросов взаимоотношений общества и окружающей среды в курсе географии средней школы.

Опыт преподавания в современной школе все больше убеждает -- эффективно то обучение, в условиях которого ученик становится активным субъектом, способным приобретать, применять и преобразовывать знания.

Интеллектуальный потенциал, логическое мышление позволяют на более высоком уровне формировать творческие способности. Развитие творческих способностей способствует приобретению новых представлений и навыков, повышению обучаемости.

Особую роль в школьном экологическом обучении и воспитании играет реализация регионального компонента образования.

Эту задачу облегчает использование крупномасштабных планов и карт своей местности. Начальные картографические навыки могут быть заложены лишь на реальном и узнаваемом материале. Ведь именно в крупномасштабных картографических пособиях условные знаки напоминают ученикам конкретные объекты местности. Имея под рукой план или крупномасштабную карту, школьник без труда сможет сопоставить картографическое изображение с хорошо знакомыми ему объектами на местности [ 16, с. 59 ]. Это обстоятельство играет важную роль в экологическом обучении и воспитании, так как «привязка» знакомых объектов к карте способствует формированию у учащихся пространственного мышления.

При изучении водных ресурсов необходимо иметь атлас, в который должны быть включены следующие карты Среднего Урала (можно Свердловской области, поскольку она охватывает практически всю указанную территорию):

* физическая -- масштаб 1: 500 000

* геологическая -- масштаб 1:600 000

* геоморфологическая -- масштаб 1:600 000

* ландшафтная -- масштаб 1:600 000

* экологическая -- масштаб 1: 300 000

* карта природопользования - масштаб 1:300 000

* экономическая -- масштаб 1: 300 000

* карта загрязнения почв;

* карта радиационной обстановки;

* карты состояния воздушного и водного бассейнов;

* туристская и фенологическая картосхемы.

В последнее время усилился интерес к применению персональных компьютеров (ПК) в обучении. Очень важным в процессе компьютерного обучения (помимо наличия и доступа к ПК в образовательном учреждении) являются наличие и доступность программного обеспечения (ПО) или программно - педагогических средств (ППС). Среди них возможность использования общедоступных средств MS Office в обучении географии (особенно в старших классах). Насыщенность школьной географии статистическим материалом дает широкое поле деятельности и творчества для использования средств MS Excel учителями географии.

Основы такой системы образования составит сочетание различных форм занятий по географии, существенное место среди которых принадлежит практическим урокам в форме экскурсий, викторин, игр на конкретных географических объектах местности.

Прогрессивный педагог 2 - й половины 19 века А. Л. Герд - основательновой методики преподавания естествознания в России был сторонником привлечения экскурсионного метода изучения природы.

«Природу надо не описывать, но объяснять», - считал он, требуя объяснительного преподавания знаний о природе [ 16, с. 60 ]. Герд отмечал, что наглядность должна непременно сочетаться с классными опытами, практическими знаниями и экскурсиями. Установить своеобразие географического объекта учащимся легче путем сравнения его с другими, уже знакомыми, поэтому при сравнении легко реализовать краеведческий принцип. Значительна роль сравнения в активизации познавательной деятельности учащихся, в понимании ими сложных процессов, происходящих в природе и обществе, в сознательном усвоении основ географической науки и формировании взглядов и убеждений. Предметом сравнения в географии могут быть различные географические объекты рельеф, реки, озера, моря, природные зоны, отрасли хозяйства и т.д.

Изучению водных ресурсов Среднего Урала можно посвятить часть уроков по физической географии России в YIII классе при изучении тем: «Внутренние воды и водные ресурсы России», «Природа регионов России - Урал», «Человек и природа - антропогенные воздействия на природу»; по географии регионов и по экономической географии в Х классе при изучении тем «Природные ресурсы Урала - реки и озера», «Промышленность Уральского хозяйственного комплекса», «Хозяйственная деятельность человека и ее влияние на природные ресурсы Урала» и др.

В качестве примера представляю вариант урока географии в Х классе, направленного на обобщение материала по теме «Экология водных ресурсов Среднего Урала». Учитывая возраст учащихся, мною была выбрана форма экскурсии на реку Исеть в районе турбазы Черданцево, поскольку она повышает внимание, интерес, скорость мышления. В качестве средств развития творческого мышления определены проблемные вопросы и задачи, что стало в последние годы достаточно популярным.

Текст экскурсии. Урал расположен между двумя тектоническими структурами: к западу - Русская платформа, к востоку - Западно Сибирская плита. От русской платформы Урал отделен Предуральским краевым прогибом, который сложен осадочными толщами глин, песка, гипса, известняка. Древние разрушенные структуры Урала в неогенное время испытали новые поднятия. Так возникли современные складчато - глыбовые Уральские горы.

Урал - район, где граничат различные формы рельефа.

Урал находится в пределах таежной зоны с избыточным увлажнением. Поэтому отличается довольно густой речной сетью. Одно из главных природных богатств Среднего Урала - его водные ресурсы: реки, озера, водохранилища и подземные воды, в том числе многочисленные минеральные источники.

Воды Среднего Урала обеспечивают разнообразную хозяйственную деятельность в его пределах. Основу водных ресурсов составляют речные воды.

Речная сеть Среднего Урала представляет собой чередование продольных широких отрезков речных долин с узкими, крутостеннымиширокими участками. Мы с вами находимся на берегу реки Исети, одной из самых крупнейших рек Среднего Урала, ее среднего течения. Рельеф ее бассейна, питание и другие показатели характерны для рек нашего района. Посмотрите на ее берега. Давайте выполним несколько исследований (см. задания ниже)…

…Средний Урал - один из ведущих промышленных районов России. Здесь производится 15,5 % всей продукции страны (3 - е место). Насыщенность промышленностью здесь в 3 раза больше среднероссийской. Хотя структура промышленности района постоянно менялась, основой уральского хозяйства остаются несколько важнейших отраслей: металлургия, машиностроение и химическая промышленность.

Хозяйственное освоение Урала породило одну из самых серьезных проблем -- экологическую. По загрязнению окружающей среды Урал намного опережает другие районы России. Исторически на Урале развивались отрасли промышленности, которые называют «грязными», так как они в наибольшей степени загрязняют окружающую среду. В связи с тяжелой экологической ситуацией район занимает 2-е место в России по заболеваемости населения. Главные промышленные города Среднего Урала - Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск Уральский - стабильно лидируют в списке самых неблагоприятных для жизни городов России.

На его долю приходится почти половина выбросов ртути в стране, 40% выбросов хлора, 30% фтористых соединений. Прежде всего, от этого страдают сами уральцы. Вокруг 20 уральских городов образовались рукотворные (техногенные) пустыни. Отвалы горных пород превышают 1,5 млрд м³. Они занимают огромные территории в городах, загрязняют воду и воздух.

Некомплексное использование минерального сырья ведет к загрязнению водоемов и воздуха вредными промышленными дымами и газами, отходами обогатительных фабрик, шахтными водами и т.д.

Но Урал стал источником экологической опасности не только общероссийского, но и мирового масштаба. На Урале накоплено около 400 млн т ядовитых и радиоактивных отходов. Их концентрация достигает в Свердловской области 3000 т/км² по данным М.И. Львовича[ 21, с. 59 ]. Критическим считается уровень в 500 т. Но ведь Уральские горы -- водораздел крупнейших речных бассейнов. Загрязнение, возникающее в истоках уральских рек, неизбежно будет распространяться на огромные территории и акватории.

Таким образом, очевидно, что от решения экологических проблем на Урале непосредственно зависят судьбы миллионов людей. Как решать эти проблемы?

Во-первых, нуждается в коренной перестройке само хозяйство района. Урал должен начать переход к новой фазе своего развития -- постиндустриальной. Такой переход потребует за собой резкое сокращение в структуре добывающей промышленности, металлургии и химии. На смену им должны прийти новейшие отрасли машиностроения, информационные и природоохранные технологии.

Это позволит не только значительно сократить выбросы вредных веществ, но и переработать и обезвредить уже накопленные отходы, многие из которых содержат большое количество ценных компонентов, вплоть до драгоценных металлов. На Урале уже имеется основа для такой реконструкции хозяйства. Это оборонные предприятия, обладающие хорошей научной базой, передовыми технологиями и кадрами высокой квалификации.

Во-вторых, как ни в одном другом районе России, на Урале очень важно расширять площади охраняемых территорий: заповедников, национальных парков, заказников, памятников природы. Их уже более 10, на Северном Урале это Вишерский и Печоро-Илычский заповедники, на Среднем --Басеги, Ильменский, на Южном -- Башкирский и Оренбургский.

Чтобы познакомиться на практике с водными ресурсами Среднего Урала, учащиеся по ходу экскурсии должны были провести небольшую исследовательскую работу по намеченному плану: выполнить ряд заданий и ответить на вопросы.

1. Определить в каком направлении течет река Исеть ( на восток).

2. Определить скорость течения реки.

3. Провести осмотр русла реки. Сравнить берега (один берег высокий, гористый, другой низменный). Сделать вывод о происхождении реки.

4. Взять кусочки почвы для анализа.

5. Определить источники питания реки. Как связаны реки с климатом Среднего Урала? Как это сказывается на режиме рек?

6. Осмотреть водную поверхность, определить есть ли растения, какие? Водится ли рыба в реке? О чем они говорят?

7. Почему вода в реке грязная? Какие города расположены по ходу течения реки? (Екатеринбург, Каменск Уральский, Катайск). В чем сходство этих городов? (Все промышленные центры).

8. Какое значение эта река имеет в экономической жизни края?

9. Почему и как промышленность и города загрязняют реки?

10. Какие мероприятия необходимы, чтобы река ниже Екатеринбурга была чистой?

Разработанные и подобранные мною задания направлены не столько на контроль знаний, сколько на развитие и проверку практических навыков, умений мыслить логически, делать собственные заключения и прогнозы, т.е. предназначены для развития у школьников склонности к научному анализу. Хочу отметить, что предлагаемые задания являются примерными, их комплектация должна проводиться с учетом интересов, склонностей, уровнем обучаемости, развития интеллектуальных и креативных способностей, качества усвоения предшествовавшего материала учениками каждого конкретного класса.

После проведения экскурсии подведем итоги рекомендованной методики преподавания географии Среднего Урала в средней школе:

§ Основы такой методики составит сочетание различных форм занятий по географии, существенное место среди которых принадлежит практическим урокам в форме экскурсий, викторин, игр на конкретных географических объектах местности.

§ В качестве формы проведения автором выбрана форма геологической экскурсии на реку Исеть в районе турбазы Черданцево, поскольку она повышает внимание, интерес, скорость мышления.

В качестве средств развития творческого мышления определены проблемные вопросы и задачи, что стало в последние годы достаточно популярным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

2003-й год был объявлен ООН Международным годом пресной воды. Вода - самый ценный элемент для жизни на Земле. Хотя 70% поверхности планеты покрыто водой, лишь небольшая ее часть (2,5%) - пресная, большинство которой - ледники. Остальная вода - это вода рек, озер, болот и почвенной влаги. Человек может использовать лишь менее процента ресурсов пресной воды мира.

За последние сто лет темпы потребления воды увеличиваются в два раза быстрее, чем темпы роста численности населения. Если ситуация не измениться, то к 2025 году двое из трех человек на Земле будут жить в условиях напряженности водного режима - умеренной или значительной ее нехватки.

Состояние природы, а в особенности водных ресурсов Среднего Урала, вызывает тревогу и нуждается в принятии срочных мер для ее улучшения.

Эту проблему надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть экологические проблемы Среднего Урала.

Самым радикальным средством защиты окружающей среды является формирование геоэкологического взгляда на природные ресурсы родного края. Такое отношений необходимо формировать у людей с детства. Отличным средством для этого представляются уроки географии в старших классах средней школы.

В процессе работы над данной темой получены следующие основные результаты.

1. Исследованы условия формирования водных ресурсов СреднегоУрала. Они связаны с избыточными условиями увлажнения, горным характером рельефа Уральских гор. Для Урала характерен ортогональный рисунок речной сети, т.е. чередование продольных широтных отрезков речных долин с узкими глубокими, крутостенными поперечными.

На Урале и в Приуралье много рек и речек, суммарный сток которых превышает 150 км³ в год. 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, Тура, Ляля, Сылва.

Реки Среднего Урала района питаются преимущественно талыми снеговыми водами, составляющими обычно более половины их годового стока. Важное значение в питании большей части рек имеют, кроме того, дождевые и грунтовые воды. На весну приходится 40 - 60 % и более годового стока. Интенсивные летние ливни, вызывают мощные паводки, иногда превосходящие весенние.

Озера СреднегоУрала имеют тектоническое происхождение, занимая сбросовые впадины. 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.

Кроме естественных озерных водоемов, на территории района много прудов, из них около 150 заводских. Превращены в водохранилища и некоторые озера в результате строительства плотин в истоках рек, вытекающих из этих озер.

2. Проведено исследование водных ресурсов Среднего Урала.

Выявлено, что колебания водности рек имеют естественную метеорологическую природу или антропогенную, связанную с хозяйственной деятельностью человека. У таких рек Среднего Урала, как Исеть, Пышма и др. четко прослеживается систематическое уменьшение водности, обусловленное антропогенными факторами.

Сооружения водохранилищ имеет главной целью в большинстве случаев перераспределение стока во времени (регулирование стока). Регулирование стока преследует различные практические цели. Это и обеспечение более равномерным стоком гидроэнергетических установок (ГЭС), и предотвращение наводнений, и накопление воды для целей орошения.

На Среднем Урале насчитывается несколько десятков водохранилищ.

В основном водохранилища Среднего Урала невелики, кроме Ново - Баранчинского, Боровского, Ново - Туринского и Ново - Мариинского. Указанные водохранилища интенсивно используются для хозяйственных нужд. Полезная отдача доходит до 2,88 м³ / сек.

Наиболее интенсивноиспользуются реки: Пышма, Ревда Черная, Тура. Объясняется это тем, что эти реки протекают по территории промышленных центров, которые забирают поверхностные воды не только на общехозяйственные нужды, но и на промышленные.

3. Выявлено, что основные потребители и пользователи речных вод: промышленность, тепловая и атомная энергетика, коммунальное озяйство, орошаемое земледелие (водопотребители), гидроэнергетика, речной транспорт, рыбное хозяйство (водопользователи).

Одни хозяйственные мероприятия влияют на сток рек косвенно -- через изменение элементов водного баланса в речных бассейнах (главным образом испарения) и через изменение условий стекания талых и дождевых вод со склонов, сопутствующее преобразованию поверхности речного бассейна.