Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

,

ГИДРАВЛИКА, ГИДРОЛОГИЯ

И МЕТЕОРОЛОГИЯ

Рекомендовано учебно-методическим объединением высших

учебных заведений Республики Беларусь по образованию

в области сельского хозяйства в качестве пособия

для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по специальности 1-74 03 03 Промышленное рыбоводство

Горки

БГСХА

2013

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

,

ГИДРАВЛИКА, ГИДРОЛОГИЯ

И МЕТЕОРОЛОГИЯ

Рекомендовано учебно-методическим объединением высших

учебных заведений Республики Беларусь по образованию

в области сельского хозяйства в качестве пособия

для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по специальности 1-74 03 03 Промышленное рыбоводство

Горки

БГСХА

2013

УДК 532.5+556.5+551.5(075.8)

ББК 30.123я7

Ж34

Рекомендовано методической комиссией зооинженерного

факультета 21.10.2011 (протокол № 2)

и Научно-методическим советом 25.11.2011 (протокол № 2)

Авторы:

кандидат технических наук, доцент ;

ассистент

Рецензенты:

кандидаты технических наук ,

Ж 34

Жарский, М. А. Гидравлика, гидрология и метеорология : пособие / , . – Горки : БГСХА, 2013. –292 с.: ил. – ISBN 978-985-467-372-1. Изложены закономерности формирования гидравлических, гидрологических, метеорологических  явлений и процессов, методы расчета основных характеристик режима рек, водоемов и атмосферы. Описаны физические методы измерения элементов потока воды и метеорологических факторов. Для студентов специальности 1-74 03 03 Промышленное рыбоводство.

УДК 532.5 + 556.5 + 551.5(075.8)

ББК 30.123я7

ISBN 978-985-467-372-1

© УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», 2013

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина изучает законы равновесия и движения жидкостей, факторы и закономерности формирования стока рек и водоемов, метеорологических и климатических условий, способы и технические средства установления количественных и качественных гидрометеорологических характеристик водной и воздушной сред.

Дисциплина базируется на знаниях соответствующих разделов математики, физики, химии, инженерной геодезии, информатики.

Полученные знания используются студентами при изучении специальных дисциплин: «Рыбохозяйственная гидротехника», «Аквариумистика», «Технические средства аквакультуры», «Прудовое рыбоводство в естественных водоемах», «Промышленное рыбоводство», а также в курсовом, дипломном проектировании и в последующей производственной деятельности.

В результате изучения дисциплины студент должен знать: основные законы гидростатики, кинематики и динамики жидкости; основы гидравлического расчета параметров трубопроводов, каналов и водосбросных сооружений; гидрологические режимы и процессы рек; методы и средства измерений, уровней глубин, скоростей течений и определения расходов воды; основы гидрологических расчетов речного стока; происхождение, морфологию водоемов и протекающие в них гидрологические процессы; общее состояние водных ресурсов и основы мониторинга водной среды Беларуси; виды и свойства метеорологических процессов и явлений; устройство и принцип действия метеорологических приборов; организацию и методику метеорологических наблюдений, способы обработки измеренных величин и расчета метеорологических и климатических характеристик; влияние метеорологических и климатических условий на промышленное рыбоводство.

Выпускник должен уметь: применять в практических расчетах по рыбоводству основные закономерности и методы гидравлики, гидрологии рек и водоемов; анализировать водный баланс, уровенный, термический, ледовый режимы водоемов и происходящие в них процессы; организовать и провести измерения метеорологических параметров, выполнить их обработку и анализ; использовать гидрометеорологические и климатические условия для рациональной технологии рыбоводства.

ВВЕДЕНИЕ

Изучаемая комплексная дисциплина содержит три взаимосвязанных раздела: гидравлику, гидрологию, метеорологию. Ниже приводится общая характеристика основных объектов изучения в пределах данной дисциплины.

Гидравлика – наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и разрабатывающая методы применения этих законов к решению различных технических задач.

Название «гидравлика» произошло от сочетания двух греческих слов: «хюдор» – вода, «аулос» – труба, желоб. Первоначально оно означало учение о движении воды по трубам, каналам. Со временем оно потеряло свой первородный смысл; гидравлика ныне рассматривает законы равновесия и движения любых жидкостей и решает гораздо более широкий круг проблем. Это прикладная инженерная наука, опирающаяся на законы физики и теоретической механики, широко использующая математический аппарат и экспериментальные данные. В свою очередь, она сама служит теоретической основой для расчетов в гидросооружениях, водоснабжении, канализации, гидротранспорте, в гидравлических машинах и гидроприводах, в промышленном рыбоводстве, мелиорации, водном хозяйстве и т. д.

Как правило, гидравлику подразделяют на две части: гидростатику и гидродинамику. Первая изучает законы равновесия жидкостей, а вторая – законы их движения с учетом действующих сил.

При исследовании гидравлических явлений применяют аналитический и экспериментальный методы. При применении аналитического метода используют уравнения механики и получают зависимости между кинематическими и динамическими характеристиками движущейся жидкости. Экспериментальные исследования позволяют в необходимых случаях уточнить результаты, полученные в аналитических расчетах.

Гидрология – это наука, изучающая гидросферу, ее свойства и протекающие в ней процессы и явления. Она тесно связана с метеорологией, в особенности с той частью ее, которая исследует влагооборот и испарение с поверхности воды. Взаимосвязь гидросферы с литосферой наиболее отчетливо проявляется в процессах формирования земной поверхности под влиянием деятельности воды. В свою очередь, рельеф земной поверхности оказывает существенное влияние на образование водных потоков. Поэтому гидрология имеет много общего с геоморфологией – наукой, изучающей закономерности возникновения и развития форм земной поверхности.

Воды Земли с содержащимися в них твердыми, жидкими и газообразными веществами называются природными. Огромную часть их составляют воды океанов, меньшая часть приходится на водные объекты суши, представляющие сосредоточение природных вод на поверхности суши или в горных породах. Водные объекты суши образуются в результате выпадения атмосферных осадков, значительная часть которых формируется при испарении воды океанов и морей. Воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов, называются поверхностными. Раздел гидрологии, изучающий поверхностные воды, называется гидрологией суши, или континентальной гидрологией. Раздел гидрологии по изучению воды океанов и морей называют гидрологией океанов и морей, или океанологией.

Гидрология грунтовых (подземных) вод называется гидрогеологией. В гидрологию входят те разделы гидрогеологии, которые изучают взаимодействие поверхностных и подземных вод, питание рек грунтовыми водами и др. Разделы гидрогеологии, изучающие способы поиска и добычи грунтовых вод, их взаимодействие с горными породами, относят к геологии.

Основное понятие в гидрологии суши – это водный объект. Водные объекты подразделяются на водотоки и водоемы.

Водный объект, в котором вода движется в направлении уклона в углублении земной поверхности, называется водотоком. Различают постоянные (вода находится в движении в течение всего года или большей его части) и временные (движение воды происходит меньшую часть года) водотоки.

Водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием, называется водоемом. Различают естественные (природные скопления воды во впадинах) и искусственные (специально созданные скопления воды в искусственных или естественных углублениях земной поверхности) водоемы.

С понятием «водный объект» тесно связано понятие «водосбор», т. е. часть земной поверхности и толща почв и горных пород, с которых вода поступает в водный объект.

Наиболее типичная форма водотоков на земле – река. Она представляет водоток значительных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло.

Естественный водоем с замедленным водообменом называется озером. Искусственный водоем, образованный водоподпорным сооружением на водотоке с целью хранения и регулирования стока воды, называется водохранилищем. Речные водохранилища сохраняют типичные черты и водотока, и водоема. Отличают их значительно меньшие скорости течения воды, чем в реках в естественном состоянии.

Различают гидрологию рек (речная гидрология, или потамология), озер (лимнология), болот (тельматология), водохранилищ, ледников (гляциология). Речная гидрология и речная гидравлика, изучающие движение воды в речных руслах и их формирование, дополняют друг друга. Речную гидравлику можно рассматривать как раздел гидрологии суши и как раздел гидравлики.

Гидрология, занимающаяся решением различных инженерных задач (в гидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительстве мостов, автомобильных и железных дорог и т. д.), называется инженерной.

Гидрометрия – это наука о методах и средствах определения величин, характеризующих движение, состояние жидкости и режим водных объектов. В задачу гидрометрии входят определения: уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; скоростей и направлений течения жидкости, параметров волн; гидравлических уклонов; расходов жидкости; мутности потока; расходов наносов и пульпы; элементов термического и ледового режимов потоков. Наибольшее развитие в связи с гидротехническим строительством получила речная гидрометрия. Эффективное использование водных ресурсов и рациональная эксплуатация гидромелиоративных систем, гидротехнических сооружений и ГЭС, мостов, автомобильных и железных дорог обусловили формирование и развитие эксплуатационной гидрометрии, особенно ирригационной.