Учебно-методический комплекс по дисциплине «Учение о гидросфере» (стр. 4 )

Движение воды в торфяном грунте и на болотных масси­вах. Движение воды в торфяной залежи осуществляется путем фильтрации по вертикали и в сторону уклона над более трудно про­ницаемыми прослойками торфа, а также в виде водоносных жил и даже внутризалежных потоков. Кроме того, вода торфяного болота может поступать по кратчайшему вертикальному направлению в подстилающий песчаный горизонт и двигаться по нему к рекам и канавам со значительно меньшим сопротивлением, чем в торфяной залежи. Торфяная залежь болотных массивов весьма неоднородна в смысле условий фильтрации в ней воды. Особенно резко различны условия фильтрации в верхнем, слабоуплотненном слое и в осталь­ной толще торфа.

Самые верхние слои болотного массива, называемые раститель­ным очесом, имеют наиболее крупные поры: в этих слоях осущест­вляется основное перемещение воды в болотном массиве.

В выпуклых грядово-мочажинных моховых болотных массивах верхний слой имеет толщину от 8 до 20 см и сложен в основном стеблями мхов, кустарничков и пушицы.

Второй, более уплотненный слой имеет толщину 5—25 см. От этого слоя осуществляется постепенный переход к основной бес­структурной массе торфа.

Вся толща от поверхности болота до среднего положения низ­ших уровней грунтовых вод на болоте называется деятельным, или активным, слоем болота: нижерасположенные горизонты образуют инертный слой.

Деятельный, или активный, слой болота характеризуется коле­банием в его пределах уровня грунтовых вод, высокой водопроводимостью и переменным содержанием влаги.

Инертный слой отличается постоянным содержанием воды во времени и ничтожно малой проводимостью торфа.

Движение воды по болотному массиву осуществляется в сле­дующих формах:

а) фильтрацией в толще мохового покрова, причем главным об­разом в верхних его слоях;

б) сплошным потоком по всей площади микроландшафта при ровной поверхности болот;

в) расчлененным потоком при крупно кочковатом микрорельефе, когда кочки не соединяются между собой, а отделены друг от друга глубокими понижениями, по которым поверхностный поток обтекает их;

г) в виде болотных ручьев и речек.

Важной особенностью движения воды по болотному массиву яв­ляется сохранение ламинарного режима как при фильтрации, так и при перемещении воды по поверхности, исключая, конечно, дви­жение в болотных ручьях и речках.

Сезонные колебания уровня грунтовых вод связаны с общим го­довым ходом элементов климата. Весеннее снеготаяние вызывает подъем уровня грунтовых вод — весенний максимум.

Повышение температуры воздуха, а также развитие раститель­ности и связанное с этим увеличение испарения обусловливают постепенное снижение уровня грунтовых вод на болоте, заканчиваю­щееся летним минимумом, устанавливающимся, как правило, вне влияния реки, так как горизонт воды в реке в летний минимум ниже поверхности болота. Независимость летнего минимума от по­ложения уровня воды в реках определяет существенное отличие процесса его формирования от весеннего максимума, зависящего на некоторых болотах от разлива реки.

Понижение температуры с наступлением осени при наличии ат­мосферных осадков вызывает осенний подъем грунтовых вод. Медленный сток воды с болот в зимнее время при отсутствии по­полнения с поверхности вызывает постепенное снижение уровня грунтовых вод в течение зимы, заканчивается зимним миниму­мом.

Колебание уровней грунтовых вод в различных частях болотных массивов характеризуется большой синхронностью, но годовая амплитуда и положение уровня относительно поверхности болота в разных микроландшафтах одного и того же болотного мас­сива неодинаковы.

Сток с болот. В течение длительного времени целесооб­разность проведения осушительных мероприятий связывалась с во­просом о влиянии болот на речной сток и климат.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое болото? дать узкое и широкое определение.

2. Описать сходства и различия верховых и низинных болот.

3. Перечислить основные формы движения воды в болотах.

Тема 13. Гидрология океанов и морей.

План.

1. Мировой океан и его части. Классифика­ция морей.

Происхождение, строение и рельеф дна Мирового океана. Донные отложения.

2. Водный баланс и водообмен океанов и морей. Соленость воды в океанах и морях, ме­тоды ее определения. Солевой баланс океана, солевой состав морских вод. Распределение со­лености воды в Мировом океане. Термика океанов и морей. Тепловой баланс океана. Рас­пределение температуры воды в Мировом океане. Особенности режима солености и темпера­туры воды. Плотность морской воды и ее зависимость от температуры, солености и давления. Понятие об условной плотности. Распределение плотности воды. Перемешивание вод в океа­нах и морях. Морские льды, их классификация. Особенности замерзания морской воды. Физические свойства морского льда. Движение льдов, их классификация. Оптические и акустические свой­ства морских вод. Морское волнение. Волны зыби, ветровые волны, деформация волн у бере­га. Внутренние воды. Приливы. Приливообразующая сила. Элементы приливной волны. Деформация при­ливной воды у берега. Приливы в морях, заливая, в устьях рек. Морские течения, их класси­фикация. Теория ветровых течений. Спираль Экмана. Плотностные и геострофические тече­ния. Циркуляция вод в Мировом океане.

3. Уровень океанов и морей. Кратковременные, сезонные и долговременные изменения уровня в океанах и морях. Сейши, цунами, штормовые нагоны. Водные массы Мирового океана. Понятие о Т, S анализе. Природные ресурсы Мирового океана, их использование и охрана.

Учебная информация по теме.

1.Вся совокупность водных пространств океанов и морей, занимающих 361 млн. км, или 70,8% поверхности Земли, называется Мировым океаном или океаносферой. В рельефе дна океанов и морей проявляется взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов в различных структурных зонах. Выделяются следующие планетарные формы рельефа:

1. Подводная окраина материков. В ее состав входят:

- шельф,

- материковый, или континентальный, склон,

- материковое подножье.

Шельф (материковая отмель) представляет собой подводную слегка наклонную равнину. Со стороны океана шельф ограничивается четко выраженной бровкой, расположенной до глубин м, но в некоторых случаях погруженной до 300 м и более. Материковый, или континентальный, склон протягивается от бровки шельфа до глубин 2,0-2,5 км, а местами до 3 км. Уклон его поверхности составляет в среднем 3-5o, но местами достигает 25 и даже 40o и более. Характер рельефа материкового склона в ряде случаев отличается значительной сложностью. В нем наблюдается ступенчатость профиля - чередование уступов с субгоризонтальными ступенями. Второй особенностью материкового склона является система рассекающих его поперечных подводных каньонов. Материковое подножье выделяется в качестве промежуточного элемента рельефа между материковым склоном и ложем океана и протягивается до глубин 3,5 км и более. Оно представляет собой наклонную холмистую равнину, окаймляющую основание материкового склона и местами характеризующуюся осадками большой мощности за счет выноса материала мутьевыми потоками и периодически возникающими крупными оползнями. Ложе Мирового океана представлено обычно плоскими или холмистыми равнинами, расположенными на глубине м. Они осложнены мелкими и крупными отдельными возвышенностями и подводными горами до больших вулканических. Глубоководные желоба. Наибольшая глубина у Марианского желобам. Срединно-океанские хребты образуют единую глобальную систему общей протяженностью свышекм. Вдоль осевой части Срединно-Атлантического и Индийского хребтов протягивается крупная депрессия - долинообразное понижение, ограниченное глубинными разломами и названное рифтовой долиной или рифтом. Дно рифтов опущено до глубин 3,5-4,0 км, а окаймляющие хребты находятся на глубинах 1,5-2,0 км. Срединно-океанские хребты пересечены многочисленными поперечными разломами с вертикальным смещением до 3-5 км. Срединно-океанские хребты отличаются интенсивной сейсмичностью, высоким тепловым потоком и вулканизмом.

2. Водный баланс и водообмен океанов и морей. Соленость воды в океанах и морях, ме­тоды ее определения. Соленость морской воды определяется как общее количество твёрдых веществ в граммах, растворённое в 1 кг морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты переведены в окислы, органическое вещество сожжено. Под соленостью подразумевается содержание всех растворенных в воде веществ, а не только солей. Соленость измеряется в «‰» («промилле»). Средняя соленость мирового океана 35 ‰. Это означает, что в 1 кг морской воды содержится 35 г солей. Для калибровки приборов в Бискайском заливе добывается так называемая нормальная вода с солёностью близкой к 35 ‰. Колебания величины солености зависят от соотношения количества осадков и величины испарения; во внутренних морях большое значение имеет количество воды, приносимой реками. Существует несколько методов определения солёности морской воды. Наиболее распространёнными являются аргентометрический (титрование по хлору) и измерение электропроводности воды. Применяются также ареометрирование и измерение оптических (рефракции) характеристик воды. Одним из наиболее распространённых методов является метод определения солёности прибором, основанном на бесконтактном индуктивном принципе измерения. При этом сравнивается электропроводность исследуемой пробы воды с электропроводностью воды уже известной солёности. Принцип действия таких приборов основан на измерении величины электропроводности исследуемой воды, создающей электромагнитную связь между двумя трансформаторами. Датчик такого типа приборов состоит из двух индуктивно связанных трансформаторов, между которыми находится исследуемая вода. В связи с тем, что электропроводность морской воды сильно зависит от температуры, к приборам такого типа предъявляются жёсткие требования к термостатированию их датчиков или термокомпенсированию. Для расширения диапазона компенсации температурный компенсатор делается переменным. К приборам предъявляются высокие требования по точности измерения. К примеру, для получения погрешности измерения по солёности ± 0,01 промилле при солёности воды 35 промилле погрешность измерения электропроводности должна быть ±0,025 промилле. В солемерах, производящих замер in situ, обычно применяется способ компенсации элементами, сопротивление которых зависит от температуры (термисторами), или применяются функциональные преобразователи на варисторах, что позволяет получать точность измерений в диапазоне 27÷37 промилле не хуже 0,05 промилле. Солевой баланс океана, солевой состав морских вод. Распределение со­лености воды в Мировом океане. Термика океанов и морей. Тепловой баланс океана. Рас­пределение температуры воды в Мировом океане. Особенности режима солености и темпера­туры воды. Плотность морской воды и ее зависимость от температуры, солености и давления. Понятие об условной плотности. Распределение плотности воды. Перемешивание вод в океа­нах и морях. Морские льды, их классификация. Особенности замерзания морской воды. Физические свойства морского льда. Движение льдов, их классификация. Оптические и акустические свой­ства морских вод. Морское волнение. Волны зыби, ветровые волны, деформация волн у бере­га.

3. Вся толща вод Мирового океана находится в непрерывном движении. Эти движения по своей природе различны. Среди них выделяются:

1) волновые движения;

2) приливно-отливные;

3) поверхностые и глубинные морские течения;

4) цунами.

Волновые движения возникают в результате трения ветра о водную поверхность. Зародыши волн - это мелкая рябь. Усиление ветра вызывает перемещение воды по замкнутым или почти замкнутым орбитам, которые имеют наибольшие размеры близ поверхности, уменьшаются с глубиной и изменяются по форме в пределах мелководья, где круговое движение сменяется эллипсоидальным. В открытом море волны имеют колебательный характер, при котором подавляющая часть воды не испытывает поступательного движения в горизонтальном направлении. У берегов или в области мелководья колебательная волна превращается в поступательную волну, она опрокидывается и с силой ударяется о крутой берег, производя разрушение, или заливает низменные побережья на многие десятки метров

Приливно-отливные движения - периодические поднятия и опускания уровня воды в океанах и морях - возникают в результате того, что Земля испытывает притяжение Луны и Солнца. Сила приливов зависит от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца. Наиболее высокие приливы наблюдаются во время сизигия (новолуния и полнолуния), когда Луна и Солнце находятся на одной прямой линии и притяжения их проявляются в одном направлении. Приливы наименьшей высоты возникают в квадратуре, когда Луна и Солнце образуют с Землей прямой угол и притяжение их противодействует друг другу.

Приповерхностные постоянные системы циркуляции вод, обусловлены господствующими ветрами, различной плотностью, зависящей от температуры и солености вод, а также влиянием силы Кориолиса (центробежной и отклоняющей силой вращения Земли). Опираясь на данные ледовых наблюдений, выполненных Нансеном во время дрейфа "Фрама", шведский физик Вальфрид Экман разработал теорию океанских течений, получившую всеобщее признание. Согласно этой теории, ветер, постоянно дующий над безграничным однородным океаном бесконечной глубины, создает дрейфовое течение, направленное в поверхностном слое под углом 45° вправо от направления ветра (в северном полушарии). На больших глубинах течение все больше отклоняется вправо, так что на некоторой глубине (порядка 100 м) вода должна двигаться в сторону, противоположную направлению ветра. При этом скорость течения с глубиной уменьшается, так что кривая, описываемая концом вектора скорости по мере увеличения глубины, представляет собой спираль. Она вошла в науку под названием "спираль Экмана»

Глубинные придонные океанические течения формируются в высоких широтах. Холодные арктические воды с большей плотностью опускаются на глубину и, достигая скорости 35 см/с, движутся в южном направлении, а холодные антарктические воды в виде придонного течения движутся в северном направлении, достигая экватора. Имеет место и конвективное перемещение воды. Сложная система циркуляции вод океана, разнонаправленность течений приводят местами или к расхождению (дивергенции) вод в стороны, что вызывается компенсационным подъемом с глубины, или схождению (конвергенции), сопровождаемому погружением вод в глубину. Полосы дивергенции являются наиболее благоприятными для развития жизни.

Цунами - это гигантские волны, возникающие при сильных землетрясениях, с эпицентрами на дне океана, а также при крупных взрывных извержениях вулканов. Скорость распространения таких волн достигает 500-700 км/ч, а высота - 20-30 м и более. Такие волны, обрушиваясь на берега, вызывают крупные оползни, мутьевые потоки, деформации, разрушение.

Колебания уровня в Мировом океане бывают кратковременные, сезонные и долгопериодные. Кратковременные колебания уровня – приливы, сейши, анемобарические колебания (связаны с синоптическими процессами). Сезонные могут быть вызваны изменением массы воды в бассейне и изменением плотности воды и солености. Они также происходят в связи с таянием льда, но в масштабах океана они очень малы. Долгопериодные колебания – многолетние или межгодовые. Их природа недостаточно ясна. Самые длительные колебания имеют геологический масштаб и имеют эвстатическую или эпейрогеническую природу.

Вопросы для самоконтроля

1. Назвать методы определения солености.

2. Как плотность морской воды зависит от температуры, солености и давления?

3. Описать оптические и акустические свойства морской воды.

4. Назвать элементы приливной волны.

5. нарисовать спираль Экмана.

6. Перечислить причины изменения уровня Мирового океана.

Тема 14. Основные проблемы рационального использования и охраны водных объектов суши. Заключение.

План.

1. Основные проблемы рационального использования и охраны водных объектов суши 2.Водохозяйственное и экологические проблемы, роль гидрологии в их решении.

3.Перспективы развития гидрологии.

Учебная информация по теме.

1. Проблему охраны водных ресурсов и водных объектов можно разбить на три составляющие: охрана водных ресурсов от загрязнения, истощение и нарушение режима.

Малые реки, дренируя свои водосборы, выполняют функцию поддержания на них определенного водного, химического, теплового режимов и, следовательно, условий для развития растительного и животного мира. Большие - функции открытых коллекторов, отводящих дренируемые воды в водоприемники - моря, озера, водохранилища. Любые нарушения в естественном состоянии водосборов или самих водных объектов неблагоприятно отражаются на их водном, химическом, газовом и биологическом режиме, изменяют качество природных вод и тем самым ведут к ограничению возможностей их использования. Особенно большой вред наносит водным объектам сброс неочищенных вод промышленными предприятиями и сброс коммунально-бытовых стоков. За примером здесь не нужно далеко ходить - это Байкальский и Прионежский целлюлозно-бумажные комбинаты, стоки которых отрицательно влияют на воды озер Байкал и Онежское, Ангары, Ангарских водохранилищ и Енисея, Невы, Финского залива и Балтийского моря. Самым эффективным методом в борьбе за чистоту наших рек следует считать создание безотходных замкнутых по водоснабжению предприятий, а также оптимизацию внесения минеральных удобрений и ограничение или прекращение применения химических средств защиты растений от вредителей и сорняков.

Истощение водных ресурсов связано с их нерациональным использованием, иначе говоря, с перерасходом воды. Особенно это заметно при орошении, когда значительная часть оросительных вод расходуется на непродуктивное испарение, ведет к повышению уровня грунтовых вод, засолению земель, а в конечном счете, к потере речных вод. Сокращение стока Амударьи и Сырдарьи привело к усыханию Аральского моря. Нерационально используется вода в промышленности, коммунальном хозяйстве и в быту. Отмечено относительное истощение водных ресурсов при вырубке леса, распашке земель, особенно при сплошных рубках и неправильной агротехнике ведения сельского хозяйства. В этом случае происходит резкое уменьшение водных ресурсов в маловодные годы и межень, что нередко приводит к нарушению режима рек, истощению русловых запасов воды и гибели малых рек.

Неблагоприятное воздействие на режим рек оказывает вмешательство человека в жизнь их русла: строительство гидроэлектростанций, добыча гравийно-песчаных материалов, углубление судоходных путей сообщения - все это ведет к сработке островов и перекатов, своего рода низконапорных плотин в руслах рек и, следовательно, к более интенсивному стоку речных вод, к истощению запасов воды в реках, к их обмелению. Одновременно нарушаются условия существования живых организмов в реках и увеличивается мутность воды. Масштабы загрязнения и истощения водных ресурсов в настоящее время приняли угрожающий характер. Остро встала проблема нехватки пресной воды в густонаселенных районах, крупных промышленных центрах, в местах орошаемого земледелия. Отсутствие чистой питьевой воды, загрязнение водоемов являются причиной многих заболеваний человека, губительно сказываются на животном и растительном мире Земли. Во многих местах загрязнение пресных вод переходит из разряда локального в региональный. Рациональное использование и охрана водных ресурсов как составная часть охраны окружающей природной среды представляет собой комплекс мер (технологических, биотехнических, экономических, административных, правовых, международных, просветительских и т. д.), направленных на рациональное использование ресурсов, их сохранение, предупреждение истощения, восстановление природных взаимосвязей, равновесия между деятельностью человека и средой.

2. Современная структура управления построена по территориальному (бассейновому) принципу.

На федеральном уровне вопросы управления водным хозяйством решает Федеральное агентство водных ресурсов (Росводресурсы). Федеральное агентство водных ресурсов является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг и управлению федеральным имуществом в сфере водных ресурсов. Современные задачи управления водными ресурсами России. Базовыми документами для развития водного хозяйства в стране являются одобренные в 2004 году Правительством «Основные направления развития водохозяйственного комплекса России на период до 2010 года» и План мероприятий по их реализации. В компетенцию Министерства природных ресурсов входит решение трёх основных задач:
I. Обеспечение населения и промышленности необходимым количеством воды. По оценке специалистов, ряд крупных речных бассейнов на европейской территории страны входит в маловодную фазу, которая грозит серьёзными проблемами для экономики страны. На фоне этого растут потери воды, изымаемой из водоёмов, и количество воды, используемой в производстве товарной продукции.
Второй проблемой является завышенное потребление воды отечественной промышленностью.
II. Поддержание качества воды на должном уровне. Загрязнение водных объектов на территории России остаётся стабильно высоким, при этом относительно чистые реки остались только в Сибири и на Дальнем Востоке. 95 % городских сточных вод (ЖКХ), поступающих в реки, очищены хуже, чем предусматривают российские нормативы. [27] При этом принимаемые меры по строительству очистных сооружений в жилищно-коммунальном хозяйстве носят эпизодический характер. Минприроды видит одну из основных причин ситуации в том, что уровень платежей за сброс неочищенных стоков не покрывает даже десятой части расходов, необходимых на восстановление нормативного качества воды и не создает стимула для реконструкции и строительства очистных сооружений. III. Защита от вредного воздействия воды и безопасность гидротехнических сооружений. В России затоплению подвержены 400 тыс. км2, более 300 городов, тысячи мелких населённых пунктов, более 7 млн га сельхозугодий, и тенденция нарастания ущербов от наводнений продолжает увеличиваться.

3. В гидрологии, как и в любой другой науке, имеется ряд проблем, от которых зависит как будущее самой науки, так и ее роль в социально-экономическом развитии общества. Самой главной из них является, по-видимому, предвидение изменений водных ресурсов и режима водных объектов на ближайшую и более или менее отдаленную перспективу, соизмеряемую с развитием экономики и запроектированными сроками действия тех или иных сооружений или мероприятий, связанных с использованием водных ресурсов. Иными словами, это проблема гидрологического прогноза, необходимого для планирования выработки гидроэнергии, условий водоснабжения в области коммунально-бытового, промышленного и сельскохозяйственного производства, условий судоходства и т. п. Особенно важным является прогноз изменения количества и качества водных ресурсов и водного режима в условиях все более интенсивного вмешательства человека в природную среду. Другим не менее важным вопросом гидрологии суши следует считать расчет вероятности появления тех или иных количественных гидрологических параметров, от которых зависит надежность работы и устойчивость сооружений плотин гидроэлектрических станций и различного рода устройств для пропусков катастрофических потоков воды, так называемых расходов редкой повторяемости. По существующим правилам, крупные гидроэлектростанции рассчитываются на расход воды, вероятность появления которого оценивается в 0,01%, то есть который наблюдается один раз влет. Не менее важным является расчет расходов и уровней редкой повторяемости при проектировании мостов и водозаборных сооружений. Не решенной до настоящего времени является проблема влияния леса на сток рек. Ученые пока не могут однозначно сказать ни о положительной, ни об отрицательной роли леса на общую величину речного стока. Проблема эта не из новых, ею занимаются уже на протяжении полутора столетий. В последнее время в гидрологии усиленно разрабатывается проблема взаимодействия потока и русла, или так называемая проблема динамики потока и руслового процесса. Решение ее позволит надежно решать вопросы формирования опасных гидрологических явлений, самоочищения рек и переформирования русел. Не до конца решены вопросы размещения сети пунктов гидрологических наблюдений на водных объектах. Вполне естественно, что на всех 0,8 млн. рек и 2,5 млн. озер России организовать пункты невозможно и нецелесообразно. Следует, видимо, найти тот оптимальный минимум, который позволит удовлетворять запросы экономики и гидрологической науки.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислить основные проблемы рационального использования водных объектов суши.

2. Какие мероприятия разработаны для охраны вод?

3. Перечислить водохозяйственное и экологические проблемы.

4. Объяснить роль гидрологии в решении экологических проблем современного общества.

5. Описать перспективы развития гидрологии.

Практикум

Тема 1. Гидрометрические приборы. Гидрологические издания.

План проведения занятия.

1. Изучить гидрометрические приборы: их строение, порядок работы с ними.

2. Зарисовать: водомерную рейку, гидрометрическую вертушку, батометр и водный термометр (на отдельных листах).

3. На обороте каждого листа записать порядок работы с прибором.

4. Изучить гидрологические издания.

Вопросы и задания.

1.  Перечислить основные группы гидрометрических приборов и ука­зать, какие приборы относятся к каждой из них.

2.  Выполнить схему устройства приборов: водомерной рейки, гидро­метрической вертушки, водного термометра и батометра.

3.  К каждой схеме составить краткое описание приборов, в котором по­следовательно указать:

•  назначение прибора;

•  основные узлы и части прибора;

•  порядок работы с прибором;

•  порядок взятия отсчета.

4. Ознакомиться с периодическими гидрологическими изда­ниями (справочниками, томами, выпусками), их содержанием, назначени­ем, структурой, характером представления в них материалов и таблиц. Охарактеризовать четыре справочника (по выбору), указав их название, представленные показатели, структуру таблиц и характеристику помещен­ных в них материалов.

Тема 2. Морфометрические характеристики реки и ее бассейна.

План проведения занятия.

1. Построить гидрографическую схему реки.

2. Изучить бассейн реки и определить морфометрические характеристики.

Вопросы и задания.

1. Из учебников, лекций и справочников выписать определе­ния и расчетные формулы гидрографических характеристик реки:

•  водораздельная линия;

•  площадь бассейна;

•  длина главной реки и ее притоков;

•  густота речной сети;

•  коэффициент извилистости главной реки.

2. Из таблицы «Основные сведения о реках, каналах и других водостоках» справочника «Гидрологическая изученность» выписать для реки (по выбору) данные о длине водотоков, их площадях водосборов и расстояний от устьев главной реки до устьев притоков 1-го порядка. Все данные свести в таблицу по форме таблицы.

Морфометрические характеристики реки Леда

№ п/п	Название водотока	Куда впадает	С какого берега	Расстояние от устья, км	Длина водотока, км
1	Бевер	Леда	Лев.	2,10	5,50
2	Глан	Бевер	Прав.	3,65	0,88
3	Ауэ	Леда	Лев.	3,60	1,50
4	Зост	Леда	Прав.	4,35	0,75
5	Сютте	Леда	Лев.	8,85	2,75
6	Эмс	Сютте	Прав.	0,65	0,75

3. По данным полученной таблицы построить гидрографиче­скую схему реки

4. С помощью расчетных формул получить для выбранной ре­ки коэффициент извилистости главной реки и густоту речной сети.

Указания к выполнению работы

Водораздельная линия определяется как линия раздела всех притоков главной реки с притоками соседней реки. Ее местоположение на карте оп­ределяют, сообразуя с рельефом местности, по прилегающим высотам и наиболее высоким отметкам.

Площадь бассейна - это часть земной поверхности, с которой река получает воду. Она ограничена водораздельной линией и определяется по карте с помощью палетки или планиметра.

Длина главной реки, а также длины притоков. опреде­ляются по картам двукратным измерением при помощи измерителя с посто­янным раствором ножек. Рекомендуемый раствор ножек измеримм, в зависимости от извилистости реки. Измерения начинают от устья реки до первого притока, затем от первого притока до второго и т. д. Резуль­таты вычислений заносят в таблицу «Основные сведения о реках, каналах и других водостоках» справочника «Гидрологическая изученность». При этом длина главной реки получается как суммарная величина из длин отрезков - расстояний от устья до первого и т. д. притоков до истока. Измерения повто­ряют в обратном направлении, а длину определяют из двух измерений.

Извилистость реки характеризуется коэффициентом извилистости (К), который определяется как отношение длины главной реки к длине прямой линии, соединяющей устье и исток реки

Густота речной сети характеризуется отношением протяженно­сти всех рек, находящихся в бассейне данной реки, к площади бассейна 8, Гидрографическая схема главной реки и ее притоков 1-го порядка строится на листе миллиметровой бумаги форматом 210x290 мм тушью (рис. 8). На схеме главная река изображается прямой линией, соответст­вующей в масштабе длине реки. Стрелкой обозначается направление тече­ния реки, конечные точки - словами «исток» и «устье». От устья на соот­ветствующем расстоянии (в масштабе) откладывается точка впадения в нее первого притока. В зависимости от того, слева или справа впадает этот приток в главную реку, соответственно слева или справа проводится пря­мая линия, равная по длине первому притоку (в масштабе) и под углом° к линии главной реки. Аналогично откладываются все остальные притоки. На главной реке и на каждом притоке проставляются их название и длина в километрах. Масштаб выбирается произвольно.

Тема 3. Анализ водного режима реки. Гидрограф стока и его генетический анализ (по типам питания)

План проведения занятия.

1. Выписать данные по ежедневным расходам выбранной реки.

2. Построить график ежедневных расходов.

3. Расчленить гидрограф по типам питания реки.

4. Посчитать процентное соотношение типов и определить тип питания данной реки.

Вопросы и задания.

Задание 1. Выписать из «Гидрологического ежегодника» данные о ежедневных расходах воды реки (на выбор) за отдельный год по форме таблицы 2.

Задание 2. По данным полученной таблицы построить график еже­дневных расходов воды - гидрограф стока.

Задание 3. Привести расчленение гидрографа по типам питания, выде­лив снеговое, дождевое и подземное питание.

Задание 4. Определить величину типа питания в процентах от годового стока, а также преимущественный тип питания.

Задание 5. Составить краткую климатическую характеристику района расположения реки и окружающей местности.

Задание 6. Составить текстовой гидрологический анализ расхода воды в реке и распределения различных типов питания по сезонам года.

Тема 4. Скоростное поле потока.

План проведения занятия.

1. Построить план поперечного сечения реки.

2. Нанести отметки измеренных скоростей.

3. Провести изотахи (линии равных скоростей)

4. Построить эпюры скоростей.

Вопросы и задания.

2.  1. Пользуясь таблицей из методических указаний к лабораторным работам, построить план поперечного сечения реки, для этого выписать из приложения (таблицы 1-4) на выбор один из вариантов «Ведомости измеренных скоростей течения в живом сечении реки».

2. Подписать измеренные скорости на скоростных вертикалях.

4. Методом экстраполяции провести линии равных скоростей (изотахи).

5. Построить графики вертикального распределения скоростей (эпюры) для всех скоростных вертикалей.

Указания к выполнению работы

Промерные вертикали, на которых производится измерение скоростей потока, называют скоростными вертикалями. Их нумерация осуществ­ляется отдельно римскими цифрами (табл. 3) и в графах 4-8 проставля­ются измеренные значения скоростей течения. На скоростных вертикалях в масштабе наносят значения измеренных скоростей течения на глубинах замеров соответственно. Для построения изотах (линии равного значения скоростей течения) на рисунок с профилем дна речного русла в масштабе наносят измеренные значения скоростей на глубинах. При этом скоростные вертикали, прону­мерованные римскими цифрами, обозначают флажками. По зна­чению скоростей проводят изотахи способом интерполяции: определяют сечение изотах и соединяют точки равных скоростей плавными кривыми. Общее количество изотах может быть от 6 до 15. Если взять сечение изотах, равное 0,1 м/с, то общее их количество будет равно 12; если 0,2 м/с, то изотах будет 6 и т. д. В теплый период года изо­тахи выходят на линию поверхности воды. В таком случае точки выхода изотах целесообразно определять интерполяцией между поверхностными скоростями. Аналогично следует определить выход изотах в линию дна или положение их в прибрежной зоне, но интерполяцию выполняют между придонными скоростями и нулевыми скоростями у уреза. Эпюры скоростей строятся на скоростных вертикалях последователь­но. По вертикали, в масштабе, соответствующем масштабу распределения скоростей (построения изотах), откладывают общую глубину первой верти­кали и на всех глубинах последовательно отмечают точки измерения скоро­стей потока. Из этих точек вправо проводят прямые горизонтальные линии, длина которых (в мм) должна соответствовать в масштабе измеренному значению скорости потока в этих точках. Верхней линией обозначают по­верхность, нижней - дно. Концы прямых линий соединяют плавной кривой и получают эпюры скоростей на каждой скоростной вертикали. При выполнении этой работы целесообразно в качестве общей линии отсчета глубин провести линию поверхности реки как общую линию для построения эпюр на всех скоростных вертикалях.

Тема 5. Распределение температуры воды по вертикали в озере.

План проведения занятия.

1. Построить графики вертикального распределения температуры воды.

2. Отметить на них эпилимнион, металимнион и гиполимнион.

3. Определить, какие из кривых показывают прямую стратификацию, обратную и гомотермию.

Вопросы и задания.

1. Пользуясь приложением 2 из методических указаний, построить графики вертикального распределения температуры воды по сезонам в озере.

2. Отметить на графиках слои (поверхностный слой – эпилимнион, слой скачка температуры – металимнион и глубинный слой – гиполимнион).

3. Показать, какой из графиков относится к прямой, обратной стратификации и к гомотермии.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕПОДАВАНИЮ И ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Методические рекомендации преподавателям

В качестве обязательного компонента лекционные занятия должны включать постановку целей темы, изложение основного материала с применением наиболее эффективных педагогических приемов, в том числе в самостоятельной работе студентов. Наиболее высокий результат может быть достигнут при визуализации наиболее сложных для понимания студентов тем 1-3, для чего можно использовать показ презентаций по соответствующим темам. Практические занятия проводятся с целью закрепления знаний и освоения наиболее важных тем. Промежуточный контроль знаний позволяет оценить уровень освоения материала каждым студентом и скорректировать план самостоятельной работы. Промежуточный и итоговый контроль (экзамен), а также тренировочные задания могут проводиться в виде тестов в компьютерном классе.

Методические рекомендации студентам

На самостоятельную работу выносятся те темы дисциплины, которые в наилучшей степени освещены в литературе и доступны студентам. Самостоятельная работа должна носить систематический характер и соответствовать тематическому плану дисциплины. Вопросы, возникающие у студентов в ходе выполнения самостоятельной работы, необходимо выяснять на консультациях. Для наиболее полного освоения курса необходимо использовать не только основную, но и дополнительную литературу и Internet-ресурс.

ГЛОССАРИЙ

Акватория — водное пространство, ограниченное естественными, искусственными или условными границами.

Акведук (aqueduct) — сооружение в виде каменного или бетонного моста, служащего для перевода водопроводных труб, оросительных и гидроэлектрических каналов через глубокие овраги, ущелья, долины рек, железные и шоссейные дороги. Первоначально акведук — часть античного водовода в виде арочного моста с гладко оштукатуренным каналом, по которому подается вода из расположенных выше источников.

Амплитуда колебаний уровней воды — разность между наивысшим и наинизшим уровнями воды, наблюдаемыми в определенном створе.

Атмосферные осадки – приходный элемент водного баланса. По характеру выпадения подразделяются на жидкие (дождь, роса) и твердые (снег, град и т. д.). Измеряются высотой слоя воды (мм), образующегося за отдельный дождь (снегопад) или за какой-либо период времени на водонепроницаемой горизонтальной поверхности. Величина атмосферных осадков зависит от температуры воздуха, циркуляции атмосферы, рельефа, морских течений. В среднем на земном шаре выпадает ок. 1000 мм осадков в год: от 2500 мм во влажных экваториальных лесах до менее 10 мм в пустынях. Различают обложные осадки, связанные преимущественно с теплыми фронтами, и ливневые осадки, связанные с холодными фронтами.

Базис эрозии — горизонтальная поверхность, на уровне которой водоток теряет свою силу и водная эрозия прекращается. Различают: общий базис эрозии - уровень Мирового океана и местные базисы эрозии - уровень воды в озере, месте впадения притоков в реку, выходов твердых пород, запруживающих реку, и др. Изменения высоты базиса эрозии из-за колебаний уровня моря, вековых колебаний земной коры сопровождаются врезанием долины (при понижении базиса эрозии) или заполнением ее речными отложениями (при его повышении). Смена этих процессов приводит к образованию речных террас.

Баланс водный — соотношение за какой-либо промежуток времени (год, месяц) прихода и расхода воды для речного бассейна, озера, планеты в целом или иного исследуемого объекта.

Баланс подземных вод — количественное соотношение между элементами, определяющими питание, расходование и изменение запасов подземных вод за определенный период времени.

Бассейн (basin) — топологическое объединение водораздела, двух склонов, тальвега и изоморфной им толщи литосферы.

Бассейн (речной) – часть земной поверхности, включающая в себя данную речную систему и отделенная от других речных систем водоразделом.

Бассейн водосборный (водосборная площадь, водосбор) — территория, с которой в данную реку, озеро или море стекают поверхностные и подземные воды. Бассейн водосборный ограничен водоразделом. Бассейн водосборный водоема включает бассейны водосборные всех рек, которые в него впадают.

Бассейновое регулирование стока — регулирование речного стока в естественных условиях в результате временного задержания в бассейне реки части талых снеговых и дождевых вод.

Бассейновый подход — совокупность приемов в географических и экологических исследованиях, в основу которой положено представление о континуальности географической оболочки, где в качестве главного интегрирующего фактора выступает водный сток. В соответствии с бассейновым подходом пространственная структура географической оболочки представляется системой иерархий бассейнов разного ранга. Бассейновый подход удобен для балансовых расчетов, где на входе — осадки, выпадающие на площадь бассейна, а на выходе — речной сток. В то же время применимость бассейнового подхода ограничена в районах с интенсивными эоловыми и карстовыми явлениями.

Безнапорные воды — воды в наземных водоемах, водотоках, а также подземные воды, имеющие свободную поверхность (зеркало вод), давление на которую равно атмосферному. При вскрытии скважинами подземные безнапорные воды устанавливаются на глубине их появления.

Береговая дамба — дамба, ограждающая русло искусственного водотока или повышающая берег естественного водотока для увеличения пропускной способности его русла.

Берегоукрепительное сооружение — гидротехническое сооружение, предназначенное для защиты берега от размыва и обрушения.

Бессточный бассейн (blind drainage basin; closed drainage basin; endorheic basin) — бассейн реки или озера, расположенный в пределах бессточной области, или области внутриматерикового стока, лишенной связи через речные системы с океаном.

Бетонная плотина — плотина, выполненная преимущественно из бетона.

Бифуркации водотока — разделение русла водотока на две самостоятельные системы водотоков.

Блуждающая река, кочующая река — река, которая образует сеть меняющих свое положение рукавов или изменяет направление своего течения в целом.

Боковая эрозия — подмыв и разрушение рекой береговых откосов, склонов долины, ведущие к ее расширению, образованию излучин (меандр) и миграции русла.

Большая река — река, бассейн которой располагается в нескольких географических зонах и ее гидрологический режим не свойственен для рек каждой географической зоны в отдельности. К категории больших рек относятся равнинные реки, имеющие бассейн площадью более 50 000 км2.

Бытовой расход — расход воды в водотоке с естественным гидрологическим режимом.

Бьеф (quiet reach; still water; фр. bief) — часть водотока, примыкающая к водоподпорному сооружению.

Вегетационное крепление берегов водотока — повышение устойчивости береговых откосов русел водотоков и прилегающей территории при помощи растительных материалов.

Величина испарения — объем или слой испарения.

Величина стока — количество воды, стекающей с водосбора за определенный интервал времени. Обычно величина стока выражается в виде объема, модуля или слоя стока.

Верховая граница затопления — створ пересечения максимального подпорного уровня с естественным уровнем при определенном расходе в водотоке.

Верховая часть водохранилища — часть водохранилища, примыкающая к верховой границе затопления.

Верховой откос дамбы — поверхность дамбы из грунтовых, каменных или других материалов со стороны верхнего бьефа.

Верховой откос плотины — поверхность плотины из грунтовых, каменных или других материалов со стороны верхнего бьефа.

Верховье реки (river head; headwaters; upper course of river) — верхний участок реки, отличающийся наибольшими уклонами и соответственно наибольшими скоростями течения воды. Верховье начинается от истока или места слияния двух рек, носящих разные названия, и простирается до места, где размыв ослабевает.

Внутренние воды — вся водная часть территории государства, за исключением территориального моря. К внутренним водам относятся воды рек, ручьев, озер и иных водоемов, в т. ч. пограничные воды в пределах границ государственной территории, а также воды расположенные в сторону берега от исходных линий территориального моря.

Водное хозяйство (water management system) — область деятельности, обеспечивающая нужды населения и отраслей экономики в воде; рациональное использование водных ресурсов и их охрану от загрязнения, засорения, истощения; эксплуатацию водохозяйственных систем; предупреждение и ликвидацию вредного воздействия вод. Водное хозяйство в ряде стран — самостоятельная отрасль экономики.

Водность — относительная характеристика стока за определенный интервал времени по сравнению с его средней многолетней величиной или величиной стока за другой период того же года. Различают малую, среднюю и большую водность.

Водность реки — количество воды, приносимое реками за какой-либо период (декаду, месяц, год), по сравнению со средним значением за длительный ряд лет (нормой).

Водные ресурсы (water resources) — запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы.

Водный баланс (water balance) — соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранный интервал времени для рассматриваемого объекта. Водный баланс может быть рассчитан для водосбора или участка территории, для водного объекта, страны, материка и т. д.

Водный кадастр (water cadastre) — систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны с учетом размеров и форм использования вод в различных областях хозяйственной деятельности. Водный кадастр включает гидрологическую изученность основных гидрологических характеристик и ресурсы поверхностных вод.

Водный налог (water tax) — плата за пользование водными объектами, часть системы платежей, связанных с пользованием водными объектами. Плательщиками водного налога являются граждане и юридические лица, имеющие лицензию на водопользование.

Водный объект (water body) — сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа либо в недрах, имеющее границы, объем и черты водного режима.

Водный режим (stream-flow regime) — изменение во времени уровней и объемов воды в водных объектах и почтах. Годовые циклы водного режима рек подразделяют на характерные фазы: половодье, летнюю и зимнюю межень, паводок, ледостав, ледоход. Летняя и зимняя межени разделены периодом дождевых паводков. Режим озер и болот также связан с условиями притока и расходования воды, но водообмен в них происходит замедленно и изменения уровня выражены менее резко.

Водный сервитут — право ограниченного пользования водным объектом. Различают: публичный водный сервитут, когда каждый может пользоваться водными объектами общего пользования; частный водный сервитут, ограничивающий права лиц, которым водные объекты предоставлены в долгосрочное или краткосрочное пользование.

Водный фонд (water fund) — совокупность водных объектов в пределах территории страны, включенных или подлежащих включению в государственный водный кадастр.

Водовод — гидротехническое сооружение для подвода и отвода воды в заданном направлении.

Водовыпуск — гидротехническое сооружение для осуществления попусков из верхнего бьефа канала или водоема.

Водоем — водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием; различают естественные водоемы, представляющие собой природные скопления воды во впадинах (озера, в широком понимании моря и океаны), и искусственные водоемы - специально созданные скопления воды в искусственных или естественных углублениях земной поверхности (водохранилища, пруды, копани).