Гидрофизика

 

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ГЕОЭКОЛОГИИ

,

ГИДРОФИЗИКА

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов специальности 020804.65 «Геоэкология»

Форма обучения очная

Издательство

Тюменского государственного университета

2009

, . Гидрофизика. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 020804.65 «Геоэкология», форма обучения очная Тюмень: Тюменский государственный университет, 20с.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Гидрофизика [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой геоэкологии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: С. И. Ларин, к. г.н., доцент

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2009.

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1.  Цель и задачи освоения дисциплины

Спецкурс «Гидрофизика» читается студентам 3-го курса ОДО, обучающимся по специальности «Геоэкология», специализации «Гидроэкология».

Целью курса является изучение физических свойств природных вод, процессов, протекающих в водных объектах и в запасах влаги, накопленных в их бассейнах в любом агрегатном состоянии, а так же режима водных объектов с целью обеспечения их рационального использования и охраны.

Задачами курса являются:

1)  изучить физические свойства воды, снега, льда и почвогрунтов;

2)  понять сущность протекающих физических процессов в этих средах;

3)  усвоить уравнения, описывающие эти процессы и методы их решения.

1.2.  Место дисциплины в структуре ООП

«Гидрофизика» входит в блок специальные дисциплины.

2. Структура и трудоемкость дисциплины

Семестр 5. Форма промежуточной аттестации – экзамен. Общая трудоемкость дисциплины составляет 48 часов.

3. Тематический план

Таблица 1

Тематический план

№ п/п	Раздел дисциплины	Неделя семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	Итого часов по теме	Итого часов в интерактивных формах	Итого количество баллов
Лекции	Семинарские и практические занятия	Самостоятельная работа
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Модуль 1
1	Тема № 1. Введение	1-2	1	2	2	5		0-6
2	Тема № 2. Структура и свойства воды, льда и снега	2-6	5	4	2	11	2	0-24
	Всего		6	6	4	16	2	0-30
Модуль 2
3	Тема № 3. Процессы перемешивания	7-8	2	2	2	6	2	0-9
4	Тема № 4. Движение минеральных частиц в русловых потоках	9-10	1	2		3		0-7
5	Тема № 5. Перемешивание примесей	10	1	2		3	1	0-7
6	Тема № 6. Тепловые процессы	11-12	2		2	4	2	0-12
	Всего		6	6	4	16	5	0-35
Модуль 3
6	Тема № 6. Тепловые процессы	13-16	3	2	1	6	2	0-12
7	Тема № 7. Расчет испарения с поверхности воды, снега, и льда	16-18	2	2	2	6	1	0-15
8	Тема № 8. Движение влаги в поровом пространстве	18	1	2	1	4	1	0-8
	Всего		6	6	4	16	4
	Итого (часов, баллов)		18	18	12	48	-	0-100
	Итого часов в интерактивных формах		7	4	-	-	11	-

Таблица 2

Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля

№ темы	Устный опрос	Письменные работы	Комплексные ситуационные задания	Итого количество баллов
Коллоквиумы	Блиц-опрос	Активное резюмирование	Практическая работа	Контрольная работа	Реферат
Модуль 1
1.	-	-	-	-	2	4	-	6
2.	6	-	4	10	4	-	-	24
Всего	6	-	4	10	6	4	-	0-30
Модуль 2
3.	-	2	-	4	3	-	-	9
4.	-	2	-	2	3	-	-	7
5.	-	2	-	2	3	-	-	7
6.	-	-	2	6	4	-	-	12
Всего	-	6	2	14	13	-	-	0-35
Модуль 3
6.	-	2	-	6	4	-	-	12
7.	-	-	-	5	3	-	7	15
8.	-	2	-	3	3	-	-	8
Всего	-	4	-	14	10	-	7	0-35
Итого	6	10	6	38	29	4	7	0-100

Таблица 3

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объём часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	Тема № 1. Введение	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Подготовка рефера-та	1-2	2	0-6
1.2	Тема № 2. Структура и свойства воды, льда и снега	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе Подготовка к коллоквиуму	Решение задач	2-6	2	0-24
Всего по модулю 1	4	0-30
Модуль 2
2.1	Тема № 3. Процессы перемешивания	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Решение задач	7-8	2	0-9
2.2	Тема № 4. Движение минеральных частиц в русловых потоках	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Решение задач	9-10		0-7
2.3	Тема № 5. Перемешивание примесей	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Решение задач	10		0-7
2.4	Тема № 6. Тепловые процессы	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Решение задач	11-12	2	0-12
Всего по модулю 2	4	0-35
Модуль 3
3.1	Тема № 6. Тепловые процессы	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Решение задач	13-16	1	0-12
3.2	Тема № 7. Расчет испарения с поверхности воды, снега, и льда	Активное резюмирование Подготовка к коллоквиуму	Решение задач	16-18	2	0-15
3.3	Тема № 8. Движение влаги в поровом пространстве	Активное резюмирование Подготовка к контрольной работе	Решение задач	18	1	0-8
Всего по модулю 3	4	0-35
Итого	12	0-100

4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи

с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

Гидрофизика рассматривает вопросы отчасти входящие в курсы «Водно-технические изыскания», «Гидрохимия», «Лимнология», «Гидрологические прогнозы» и другие учебные дисциплины естественнонаучного и профессионального циклов по направлению подготовки «Гидрометеорология».

5.  Содержание дисциплины

Тема № 1. Введение. Предмет и задачи гидрофизики; роль гидрофизики в водохозяйственной деятельности.

Тема № 2. Структура и свойства воды, льда и снега. Особенности строения молекулы воды. Диаграмма состояний. Вода как растворитель. Диссоциация. Плотность. Сжимаемость. Температура кипения, замерзания. Испарение. Упругость водяного пара. Тепловое расширение. Теплоемкость. Вязкость. Поверхностное натяжение и смачивание. Смешиваемость. Скорость звука в воде. Электропроводность. Акустические свойства. Радиоактивность.

Физико-механические свойства пресноводного льда. Кристаллизация. Генезис пресноводного льда. Примеси во льду. Режеляция и рекристаллизация. Возгонка и сублимация. Плотность. Плавучесть. Тепловое расширение, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводимость. Испарение. Смерзаемость. Электрические свойства. Вязкость. Упругость. Сопротивление сдвигу. Деформация. Релаксация. Прочность.

Физические свойства снега. Состав снежного покрова. Факторы влияющие на структуру. Плотность. Тепловые свойства. Воздухопроницаемость. Физические процессы в толще снега. Водные свойства. Электропроводность.

Радиационные и оптические свойства водоемов. Радиационные характеристики водной поверхности. Альбедо. Проникновение и поглощение радиации. Рассеяние. Цвет воды. Радиационные характеристики льда и снега. Эффективное излучение.

Тема № 3. Процессы перемешивания. Общие сведения. Виды перемешивания: конвективное перемешивание, динамическое перемешивание, упорядоченная конвекция. Перемешивание вод под ледовым покровом. Течения и циркуляции. Волны. Устойчивость и типы водных масс.

Тема № 4. Движение минеральных частиц в русловых потоках. Общие сведения. Движение влекомых наносов. Движение взвешенных наносов.

Тема № 5. Перемешивание примесей. Примеси в водных объектах. Процессы смешения в реках. Процессы смешения в озерах.

Тема № 6. Тепловые процессы. Закономерности теплопередачи. Тепловой режим и тепловой баланс водных объектов. Годовой термический цикл. Уравнение теплового баланса. Способы определения составляющих теплового баланса. Термика водоемов и водотоков. Методы расчета температуры воды.

Образование, рост и разрушение ледового покрова. Ледообразование на реках, озерах, водохранилищах. Внутриводный лед. Ледостав. Расчет толщины льда. Деформация ледяного покрова. Заторы. Зажоры. Роль ледового покрова в природе.

Формирование и таяние снежного покрова. Роль снежного покрова в природе. Расчет интенсивности снеготаяния. Расчет водоотдачи из снежного покрова.

Тема № 7. Расчет испарения с поверхности воды, снега, и льда. Расчет тепловых характеристик водоемов Испарение с поверхности воды. Методы определения испарения, испарителей, водного баланса, теплового баланса, турбулентной диффузии, эмпирические зависимости. Испарение с поверхности снега и льда. Испарение с поверхности минерального грунта.

Тема № 8. Движение влаги в поровом пространстве. Характеристика порового пространства. Движение влаги в порах. Водоотдача и просачивание в мерзлых грунтах.

6.  Планы практических занятий

Практическое занятие № 1 по теме № 1 Введение

Практическое занятие № 2 по теме № 2 Структура и свойства воды, льда и снега.

Практическое занятие № 3 по теме № 3 Процессы перемешивания

Практическое занятие № 4 по теме № 4 Движение минеральных частиц в русловых потоках

Практическое занятие № 5 по теме № 5 Перемешивание примесей

Практическое занятие № 6 по теме № 6 Тепловые процессы

Практическое занятие № 7 по теме № 7 Расчет испарения с поверхности воды, снега, и льда

Практическое занятие № 8 по теме № 8 Движение влаги в поровом пространстве

7. Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля)

Основные виды самостоятельной работы студентов – выполнение расчетных работ. Результаты работы оформляются в виде решения типовых задач в специальной тетради. Тематика задач соответствуют основным разделам курса.

Для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации в течение семестра проводится несколько устных опросов, тест-контрольных работ и коллоквиумов.

Форма итогового контроля – зачет по практическим и семинарским занятиям.

Примерный перечень практических заданий:

1.  Определение объема воды в озере при изменении температуры воды.

2.  Определение количества тепла, израсходованного на вскрытие озера.

3.  Расчет температуры воды водохранилища по методу теплового баланса.

4.  Расчет испарения с водоемов.

5.  Расчет толщины льда.

6.  Определение толщины слоя снега на льду.

Примерный перечень контрольных вопросов:

1.  Аномальные свойства воды как физического тела.

2.  Электрические, акустические и оптические свойства воды.

3.  Генезис пресноводного льда. Физико-механические свойства льда.

4.  Водно-физические свойства снега.

5.  Радиационные свойства водных объектов.

6.  Перемешивание, течения и волнения в водоемах и водотоках.

7.  Тепловой режим и тепловой баланс водных объектов.

8.  Процесс испарения с поверхности воды, снега, льда и минерального грунта.

9.  Ледовый покров: образование, рост и разрушение.

10.  Снежный покров: формирование и таяние.

Примерный перечень вопросов для итоговой аттестации:

Особенности строения молекулы воды. Диаграмма состояний.

2.  Основные физические аномалии воды.

3.  Физические свойства воды: расширение при нагревании, сжимаемость, теплоемкость, температура кипения, испарение.

4.  Физические свойства воды: передача тепла, упругость водяного пара, вязкость, поверхностное натяжение, смачивание, замерзание.

5.  Физические свойства льда: строение, пористость, примеси, плотность, тепловое расширение, теплопроводность, теплоемкость, испарение.

6.  Физические свойства снега: строение снежной толщи, плотность; тепловые свойства, теплоемкость. Физические процессы в толще снега.

7.  Радиационные характеристики водной поверхности: альбедо, проникающая в воду радиация, прозрачность, цвет воды, эффективное излучение.

8.  Электрические, акустические и оптические свойства воды.

9.  Радиационные свойства льда и снега.

10.  Уравнение теплового баланса. Расчет составляющих: суммарной солнечной радиации, турбулентного обмена с атмосферой, тепла затрачиваемого на испарение, теплообмена с дном.

11.  Уравнение теплового баланса. Расчет составляющих: теплового притока и стока, тепла поступающего с осадками, тепла кристаллизации, тепла выделяемого при рассеянии кинетической энергии.

12.  Термика водоемов.

13.  Методы расчета температуры воды.

14.  Физическая сущность испарения с водной поверхности.

15.  Измерение испарения. Методы турбулентной диффузии, теплового баланса, испарителей, водного баланса.

16.  Измерение испарения со снега и льда.

17.  Расчеты испарения с водной поверхности и снега.

18.  Ледообразование на реках, озерах и водохранилищах.

19.  Образование ледостава.

20.  Расчет толщины льда.

21.  Деформации ледяного покрова.

22.  Заторы, зажоры.

23.  Таяние ледяного покрова. Прозрачность льда.

24.  Формирование снежного покрова.

25.  Таяние снежного покрова.

8. Образовательные технологии

Лекционно-практическая система обучения. Методика подбора задач обусловлена практической направленностью курса и ранжированием по сложности.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

9.1. Основная литература

1. Алексеевский, : учеб. для студ. вузов, обуч. по спец. "Гидрология"/ . - Москва: Академия, 20с.

2. Орлов инженерной гидрологии: [учебное пособие]/ , ; ред. . - Ростов-на-Дону: Феникс; Санкт-Петербург: Северо-Запад, 20с.

9.2. Дополнительная литература:

1.  Винников, : (Физика вод суши) : [Учеб. для вузов по спец. "Гидрология суши"]/ , . - Ленинград: Гидрометеоиздат, 19с.

2.  Мишон, : учеб. пособие для студ. ун-тов и ин-тов по спец."Гидроглогия суши"/ . - Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 19с.

3.  Мишон, воды Земли : ресурсы, использование и охрана: учеб. пособие/ . - Воронеж: изд-во Воронеж. гос. ун-та, 19с.

4.  Мишон, воды Земли : ресурсы, использование и охрана: учеб. пособие/ . - Воронеж: изд-во Воронеж. гос. ун-та, 19с.

5.  Одрова, водоемов суши: Учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. "Гидрология суши"/ . - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979. – 312 с.

6.  Вуглинский ресурсы и водный баланс крупных водохранилищ СССР/ . - Ленинград: Гидрометеоиздат, 19с.

9.3.Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

Программное обеспечение не требуется.

Интернет-ресурсы:

1) http://www. *****/

10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины

Учебная аудитория с проекционной техникой для проведения лекционных занятий и практических занятий. Компьютерный класс. Наличие справочных материалов (справочных таблиц), содержащих необходимые для расчетов данные в соответствии с принятой системой единиц.