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.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

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»

Экмановская спираль

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.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10