Учебно-методическое пособие: рабочая программа «Экология русловых процессов» для студентов 3 курса специальности «Гидрология»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

_________________

_________________ 2013 г.

Учебно-методическое пособие:

рабочая программа «Экология русловых процессов» для студентов 3 курса специальности «Гидрология»

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы _______________

« » ____________________ 2013 г.

Рассмотрено на заседании кафедры геоэкологии.

Соответствует требованию к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем стр., тираж_______ экз.

Завкафедрой _________________

«23» сентября 2013 г.

Рассмотрено на заседании УМК (ИНЗЕМ ТюмГУ, 29.09.2013, № 2)

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК________________________

« 29» сентября 2013 г.

«СОГЛАСОВАНО»

Зав. методическим отделом УМУ_______________ / /

« »___________________ 2013 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ НАУК О ЗЕМЛЕ

КАФЕДРА ГЕОЭКОЛОГИИ

ЭКОЛОГИЯ РУСЛОВЫХ ПРОЦССОВ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов специальности

«Гидрология»

Издательство

Тюменского государственного университета

2013

УДК

ББК

Ж

. Экология русловых процессов: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа по дисциплине «Экология русловых процессов» для студентов ОДО специальности «Гидрология». Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2013.

Рабочая программа включают тематический план изучения дисциплины, темы практических занятий, перечень вопросов к экзамену, список основной и дополнительной литературы, дополнительную информацию (предлагаемые темы рефератов).

Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования к обязательному минимальному содержанию и уровню подготовки специалистов по специальности «Гидрология»

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2013

© Издательство Тюменского государственного университета, 2013

© , 2013

1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Русла рек – неотъемлемая часть сразу нескольких экологических условий человека (как и других живых организмов): геоморфологических, гидрологических, криогенных (при формировании наледей в днищах речных долин), климатических (в долинах крупных рек), социальных (применительно к расселению, транспортному сообщению, водоснабжению). В учебной дисциплине «Экология русловых процессов», неотъемлемой (обучающей) части экологического русловедения, рассматриваются экологические аспекты строения и формирования речных русел, осуществляемого русловыми процессами в определенных внешних условиях формирования русел. Все эти участники формирования русел неоднородны в пространстве, изменчивы во времени и постоянно взаимодействуют. В ходе этих взаимодействий, особенно – руслового потока, русла и русловых процессов с внешними условиями формирования русел, происходят изменения как строения русла и русловых процессов, меняющие их экологические свойства, а вместе с ними – состояния обозначенных выше экологических условий. Наиболее экологически важные (и опасные) из них: размыв берегов, катастрофически быстрые горизонтальные миграции русел в пределах днищ долин, деградация рек под влиянием деятельности человека, изменения водного и руслового режима в нижних и верхних бьефах ГЭС. Систематичность изложения данных основывается не только на учёте и рассмотрении связей и взаимодействий участников руслоформирования, но и на различных классификациях: морфодинамических типов русла, русловых процессов, иерархии (порядковой структуры) форм руслового рельефа, направлений и характера миграций русла, типов русел (по различным признакам), классов устойчивости русел которые обоснованы и представлены студентам. Вместе с фактическими данными в рамках курса постоянно преподаются методы и навыки их анализа и применения на практике.

Объем курса 54 часа, из них 16 ч. лекций, 16 ч. лабораторных занятий, 22 ч. самостоятельной работы.

 Цель курса: получение студентами знаний об экологических аспектах строения русла и его изменений, русловых процессов и – во взаимодействиях с ними - внешних природных условий формирования русла: экологических условий человека, об экологических аспектах формирования продольного профиля водотока, аллювиальных отложений, взаимосвязей и взаимодействий форм русла и руслового рельефа, русловых процессов и внешних условий формирования русла; навыков их анализа и применения на практике.

Задачи курса: 1. Выработать у студентов точные представления об экологии русловых процессов - научной и прикладной дисциплине на стыке геоморфологии, гидрологии, гидравлики, экологии, наук и научных дисциплин, изучающих внешние условия формирования русла.

2. Дать знания о строении рельефа, морфологических, морфометрических и морфодинамических характеристиках речных русел, русловых водотоков и их элементов, об основных законах формирования русла и деятельности русловых водотоков, экологических сторонах и направлениях их содержания и действия.

3. Сообщить сведения о разнообразии, характере и режимах действия русловых процессов, экологических аспектах этих свойств.

4. Охарактеризовать весь спектр природных и антропогенных внешних условий формирования русел и русловых потоков. Показать влияние их и их изменений на строение и формирование русел и русловых потоков и на состояния экологических условий.

5.Познакомить студентов с основными гидравлическими закономерностями формирования русловых потоков и русел: 1) пространственным распределением скоростей течения в русловых потоках; 2) связью распределения скоростей течения в русловых потоках с гидравлическими сопротивлениями.

5.Привить навыки анализа строения русел и их устойчивости, русловых процессов и состояний условий их формирования, связей и взаимодействий между ними.

6. Ознакомить с основными методами исследований строения русла, руслового рельефа, русловых процессов, внешних условий формирования русел, оценки экологического состояния строения русла и его изменений, характера, режима и интенсивности русловых процессов; и выработать навыки их применения.

7. Научить работать с литературой, ставить вопросы по содержанию курса, делать доклады и вести научные дискуссии.

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. Учебная дисциплина «Экология русловых процессов» - часть (учебный «срез») экологического русловедения. Общая характеристика экологического русловедения. Объект, предмет и задачи исследований, положение экологического русловедения в системе наук. Связи экологического русловедения с другими науками и научными дисциплинами. Основные гидравлические закономерности формирования русловых потоков. Условия и основные закономерности формирования русел.

Тема 2. Экологическая напряженность и кризисные экологические ситуации на реках. Причины и факторы формирования экологической напряжённости. Эрозионно-русловые системы, связи и взаимодействия в них. Их развитие. Характер и признаки изменений состояний эрозионно-русловых систем от устойчивого к экологически напряжённому и далее – к кризисной экологической ситуации.

Тема 3. Естественные русловые деформации как фактор экологической напряжённости - опасные проявления действия русловых процессов. Уязвимость речных русел при непосредственных техногенных воздействиях и при антропогенных изменениях экологических природных условий. Антропогенные воздействия на русловые процессы. Русловые процессы на урбанизированных участках рек.

Тема 4. Естественные и антропогенные изменения русел рек за историческое время. Экологическое состояние русел конкретных рек. Районирование территории России по степени экологической напряжённости.

Тема 5. Экологическое состояние и хозяйственное использование речных пойм. Интегральная оценка экологического состояния русел и пойм как подсистем днища речной долины.

Тема 6. Изменения состояний русел, заиление и деградация малых и крупных рек. Их причины и движущие силы. Конкретные примеры.

Тема 7. Методы исследований экологического состояния русел и пойм. Устойчивость русла. Коэффициент устойчивости русла (число Лохтина) и коэффициент стабильности русла .

4. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Учебная дисциплина «Экология русловых процессов» - часть (учебный «срез») экологического русловедения. Общая характеристика экологического русловедения. Анализ задач исследований, положения экологического русловедения в системе наук и его связей с другими науками и научными дисциплинами. Основные положения гидравлики русловых потоков. Гидравлическое сопротивление – важнейшая гидравлическая характеристика сопредельных с потоком сред. Его виды – для ложа русла: сопротивление зернистой шероховатости, формы русла, растительности, ледяного покрова; - для воздуха: трение ветра. Факторы формирования гидравлического сопротивления. Гидравлические закономерности формирования русловых потоков: физическая сущность гидравлического сопротивления при турбулентном и ламинарном движении воды; связь гидравлического сопротивления и коэффициента Шези; влияние гидравлических сопротивлений на скорости течения, глубину русла, уклоны продольного и поперечного профилей водной поверхности потока. Условия и основные закономерности формирования русел: условия образования русла, основные общие законы формирования русла. (2 часа.)

2. Экологическая напряженность и кризисные экологические ситуации на реках. Причины и факторы формирования экологической напряжённости. Эрозионно-русловые системы (по звеньям), связи и взаимодействия в них. Рассмотрение их развития. Анализ характера и признаков изменений состояний эрозионно-русловых систем от устойчивого к экологически напряжённому и далее – к кризисной экологической ситуации. Установление степени необратимости этих изменений в разных геоморфодинамических и экологических ситуациях. (2 часа.)

3. Естественные русловые деформации как фактор экологической напряжённости - опасные проявления действия русловых процессов. Анализ (на конкретных примерах) экологически опасных русловых процессов: размыва берегов, антропогенно инициированного врезания рек в нижних бьефах ГЭС, на переходах мостов и трубопроводов, при выемке ПГС из русловых карьеров. Уязвимость речных русел при непосредственных техногенных воздействиях и при антропогенных изменениях экологических природных условий. Антропогенные воздействия на русловые процессы. Русловые процессы на урбанизированных участках рек. (4 часа.)

4. Естественные и антропогенные изменения русел рек за историческое время. Экологическое состояние русел конкретных рек. Районирование территории России по степени экологической напряжённости. Анализ содержания карты «Районирование территории России по особенностям антропогенного воздействия на малые реки». (2 часа.)

5. Экологическое состояние (устойчивое, неустойчивое, экологически напряжённое, кризисное) и хозяйственное использование речных пойм. Анализ видов состояния и связанных с ними направлений хозяйственного использования речных пойм. Интегральная оценка экологического состояния русел и пойм как подсистем днища речной долины с учётом их морфологических и морфодинамических характеристик. (2 часа.)

6. Изменения состояний русел, заиление и деградация малых и крупных рек. Рассмотрение их причин (главная из них – распашка земель) и движущих сил (главная из них – хозяйственная деятельность человека) на конкретных примерах. (2 часа.)

7. Методы исследований экологического состояния русел и пойм: системный анализ их и днища долины в целом, их свойств и характеристик, картографические, морфометрические, оценки водного режима, строения аллювия и его руслообразующих фракций (в частности – гранулометрический), балльные. Оценка устойчивости русла с применением коэффициента устойчивости русла (числа Лохтина) и коэффициента стабильности русла . (2 часа.)

Контрольные вопросы к экзамену

1.Экологические аспекты русловых процессов.

2.Экологическое русловедение. Объект и предмет исследований.

3.Положение экологического русловедения в системе наук.

4.Общие и частные задачи экологического русловедения.

5.Русловые процессы и их сущность.

6.Антропогенно инициированные природные процессы.

7.Транпортирующая способность потока. Закон автоматического выравнивания транспортирующей способности потока.

8.Процесс выравнивания транспортирующей способности потока. Особенности и результаты его действия.

9.Русловой процесс как закономерные изменения положения и плановой формы гидродинамической оси потока.

10.Скорости трогания обломков. Смещаемые и несмещаемые потоком обломки. Аблювиальный эффект.

11.Закон факторной относительности .

12.Три уровня проявлений русловых процессов.

13.Горизонтальные и вертикальные миграции русел и отрицательные экологические последствия их.

14.Виды русловых деформаций по времени своего развития и их характеристика.

15.Степени свободы русловых деформаций в зависимости от типов русел по геоморфологическим условиям их формирования.

16.Экосистема. Краткая ее характеристика. Экологические условия.

17.Виды хозяйственной деятельности, приводящие к отрицательным экологическим последствиям русловых процессов.

18.Частные русловые процессы – естественные, антропогенные и антропогенно инициированные – приводящие к отрицательным (катастрофическим) экологическим последствиям.

19.Деградация малых рек. Ее причины и основания особой экологической значимости.

20.Экологическая напряжённость.

21.Кризисная экологическая ситуация.

22.Устойчивость русла. Число и коэффициент стабильности русла (автор: ).

23.Размыв берегов как одно из отрицательных экологических последствий действий русловых процессов.

24.Дноуглубительные работы как одна из причин антропогенно инициированного врезания рек. Его особенности (относительно природного врезания рек).

25.Распашка земель как причина неблагоприятных экологических последствий действия русловых процессов.

26.Причина наибольших скоростей размыва берегов рек при значительной разнице в крупности руслового аллювия и рыхлых образований, слагающих берега.

27.Соотношение степени опасности одинаковых проявлений русловых процессов на а)средних и крупных реках и б) малых реках.

28.Типы областей РФ по подверженности берегов малых рек размыву. Краткая их характеристика.

29.Экологические последствия сооружения и эксплуатации водохранилищ в верхних и нижних бьефах ГЭС.

30.Зона переменного подпора речных вод в верхних бьефах ГЭС и ее части.

31.Заносимость водохранилищ: ход этого процесса и его отрицательные экологические последствия.

32.Попуски воды из водохранилищ. Антропогенные наводнения.

33.Выемка песчано-гравийной смеси из русловых карьеров и ее экологические последствия.

34.Выправительные и дноуглубительные работы в руслах рек.

35.Основные приёмы выборочного выправления водных путей.

36.Антропогенные причины деградации рек (не только малых, но и средних и крупных).

5. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Чалов : теория, география, практика. – Т.1: Русловые процессы: факторы, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. – М.: Изд-во ЛКИ, 20с.; Т.2: Морфодинамика речных русел. – М.: КРАСАНД, 2011. – 960 с.

2. , , Панин излучины. – М.: Изд-во МГУ, 2004. – 371 с.

Дополнительная:

1. Аполлов о реках: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1963. – 423 с.

2. Бастраков прочность горных пород // Геоморфология. – 1977. - №2. – С.52-55.

3. , , Чернов русловедение. – М.: ГЕОС, 2000. – 332 с.

4. , Михайлов . – М.: Стройиздат, 1972. – 647 с.

5. Боровков процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 286 с.

6. Воскресенский геоморфология. Формирование склонов. – М.: Изд-во МГУ, 1971а. – 228 с.

7. Гусев днища долины Верхнего Амура. – Владивосток: Дальнаука, 2002. – 232 с.

8. , Ликутов формирования врезанных излучин в верхнем течении р. Амур // Геоморфология. – 1990. - №4. – С. 63-71.

16. Кривуны – врезанные излучины особого подтипа на реках бассейна р. Амур и их экологическая функция // Четырнадцатое пленарное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Уфа, 14-16 сентября 1999 г.): Материалы и краткие сообщения. – Уфа, 1999. – С.151-152.

19. Маккавеев процесс как одно из проявлений единого эрозионно-аккумулятивного процесса // Докл. секц. русловых процессов Научн. Сов. «Комплексное использование и охрана вод. ресурсов» ГКНТ. – Л., 1986. - №1. С.56-65.

20. Морфодинамика русел равнинных рек / , , и др. Ред. . – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 288 с.

21. Раткович речных русел. – М.: ГЕОС, 2007. – 156 с.

Дополнительная информация

Темы рефератов

1. Примеры различной по характеру и источникам экологической напряжённости на конкретных реках и/или их участках.

2. Экологическое состояние рек в районах нефтегазоразведки и добычи нефти и газа.

3. Глубина и густота эрозионного расчленения рельефа и методика их определения и исследований.

4. Морфодинамические характеристики речных русел как факторы формирования их экологического состояния.

5. Продольный профиль водотока. Его строение и формирование. Распределение уклонов продольного профиля и его влияние на экологическое состояние рек.

6. Скорости течения реки. Их режим. Скорости трогания обломков. Их соотношение –главное условие относительной устойчивости и размыва берегов.

7. Эрозионная, транспортирующая и аккумулирующая деятельность русловых потоков – фактор формирования их экологического состояния.

8. Многообразие размыва берегов как результата закономерных изменений уровней воды, плановой конфигурации гидродинамической оси потока, соотношения скоростей потока и скоростей трогания обломков, слагающих берег.

9. Размыв берегов как взаимодействие различных рельефообразующих процессов и внешних условий формирования берегов.

10. Руслообразующие наносы и фракции аллювия. Методика их определения и применения в экологических русловых исследованиях.

11. Днище долины как геоморфологическая система. Его строение и формирование.

12. Русло. Условия образования, строение, процессы и закономерности формирования.

13. Экологическое состояние русел рек как результат взаимодействия русловых потоков, строения рельефа русел, внешних условий их формирования (в том числе – антропогенных).

14. Берега, их строение, условия и процессы формирования. Размыв берегов как опасный рельефообразующий процесс.

15. Использование данных о строении берегов и закономерностей их формирования в деле защиты их от размыва.

16. Пойма, ее строение, условия, процессы формирования, экологические состояния. Классификации пойм. Характеристика пойм по их типам.

17. Наледи и наледные поляны. Влияние наледеобразования на формирование экологического состояния русел, пойм и днищ долин в целом и на его изменения.

18. Надпойменные террасы, их строение, условия и процессы формирования. Типы надпойменных террас. Их долиноформирующая и экологическая функция.

19. Террасоувалы. Их строение, условия формирования. Взаимодействие флювиальных и склоновых процессов при формировании террасоувалов. Формирование увальных россыпей – один из его результатов.

20. Участие коренных склонов и склоновых процессов в формировании экологических состояний русел, пойм и нищ речных долин.

21. Консистенция грунта – важнейшая диагностическая характеристика процессов массового смещения грунта и определения типов наиболее распространенных склонов.

22. Устьевые области различных типов: существенно эрозионные (лиманы и эстуарии) и существенно аккумулятивные (дельты). Саморазвитие потоков в устьевых областях. Специфика экологического состояния русел в устьевых областях и его изменений.

23. Экологические состояния относительно прямолинейных русел.

24. Экологические состояния извилистых русел.

25. Экологические состояния разветвлённых русел.

26. Изменения экологических состояний русел в зонах перехода через них газо - и нефтепроводов (общие черты и специфика).

27. Влияние тектонических движений различных видов на формирование экологических состояний русел, пойм и днищ долин в целом.

28. Линейная и плоскостная эрозия. Их роль и значение в формировании экологических состояний русел, пойм, днищ долин и эрозионно-русловых систем в целом.

29. Уязвимость речных русел к опасным русловым процессам и антропогенным воздействиям.

30. Направления и приёмы экологически рационального хозяйствования на поймах различных типов и уровней.