Добавил:

NastiaSokolova97 nastia.sokolowa2017@yandex.ru Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский государственный гидрометеорологический университет

Предмет:

Физика атмосферы, океана и вод суши

Файл:

Физика вод суши by Винников С.Д., Викторова Н.В. (z-lib.org)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.02.2024

Размер:

9.8 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4243 / 4343

-прелом ления 394

-пропускания света 84

-П уассон а 47

-рассеяния света 395

-сжимаемости воды 26 -температуропроводностиводы 95,170

-льда 46

-снега 61

-теплоотдачи 78


-	турбулентной теплопроводности		171
-	фильтрации 353
Краевые условия 98
Кривая падения температуры воды			200, 252
Кристаллизация 47,241
Критерии теплового моделирования			158
Лавина 378
Л е д в н у т р и в о д н ы й 2 4 2
-	динамическая нагрузка 293
-д он н ы й		242
-п ресн ы й		44

-прочность 313

-свойства 4 4 - 4 9

-механические 47

-физические 44

-соленых озер 48

-структура 22

-таян и е 261

-теплоемкость 46 -теплопроводность 46 Ледостав 242 Ледоход 263

Ледяной покров, разрушение 261

- р о с т 245

Лучистая энергия 77 - отражение 82 -поглощ ение 84

-пропускание 84

Мерзлотное пучение почвогрунта 366

Метод водного баланса 324

-граф ический	121
-и зокли н 181

- конечных разностей 144

-релаксации 122

-суперпозиции 186

-теплового баланса 324

-турбулентной диффузии 326

-электротепловой аналогии 126 Моделирование 156

Модуль сдвига 47 -упругости 47 Молекула воды 14

Молекулярно-кинетическая теория 17

Навал льда 296 Нагрузка от ледяного покрова

-динамическая 292 -статическая 276

Наледи 304 Напряжение предельное 270 Начальные условия 98

Осмос 367

Перемешивание воды 214,221 -диф ф узное 214 - конвективное 76,214 -м олярн ое 167 Перенос вещества

-м олекулярны й 236 -конвективны й 236

Поверхностное натяжение 35 Показатель преломления 497 Поляризация 401 Полынья 251 Почвенная влага 355

-потенциал 350

Промерзание почвогрунтов 154 Проходимость снежного покрова 66

Радиационный баланс 178 Расход шуги 257

Сало 242 Свет, поглощение 395

-рассеяние 395 Седиментация 413

-электропотенциал 413

Сила гравитационная, адсорбционная, ка пиллярная, осмотическая 355 Смачивание 35 Снег

-метаморфизм 58

-свойства 49 - 67

-тая н и е 369 Снежный покров 51 - классификация 52 Соленые озера 25

421

Солнечная радиация 80

-прямая 80

-рассеянная 81

Стратификация 210 Сублимация 14

Таяние снежного покрова 261 Температура 69 -гради ен т 70

Температура кристаллизации воды 28

-наибольшей плотности воды 27,215

-	переохлажденной воды 13,241
-	плавления льда 13

Температурное поле одномерное 69, 95

-двумерное 69, 95

-стационарное 69

-нестационарное 69

-пространственное 69, 95 Тепловой поток 71

-плотность 71

-удельный 71

Тепловое моделирование 156 Теплообмен 68,75

-лучистый 80 Теплопередача 72, 75 Теплоотдача 75 -конвективная 76

Теплопроводность молекулярная 167

-воды, снега, льда 72

- при нестационарном режиме 131

-при стационарном режиме 108 Теплота 68

-источник 96

Термический расчет водоема 174

-водотока 192

Термическое сопротивление 91 Транзитный поток (струя) 297 Транспирация 318 Тройная точка 11

Удельная теплота

-возгонки (сублимации) 46

-испарения (конденсации) 32

-кристаллизации (плавления) 31

-теплоемкость 30

Удельное электрическое сопротивление 38 Ультразвук 389 Упругость водяного пара 42

Уравнение

-влагопереноса в почве 368

-водного баланса 324

-волновое 384

-диффузии 359

-Лапласа 95

-состояния воды 216

-теплового баланса 324 -теплопроводности 94

-теплопроводности с источником 96

-эн ер ги и 169

Уравнения Обербека-Буссинеска 218 Условие Стефана 154

-Ш мидта 145

Физика испарения 320 Фильтрация 353

Фирнизация 373, 378

Циркуляция 197,221 Циркуляция Ленгмюра 221

Частота Вяйсяля-Брента 217

Ш уга 242, 251

Электрический потенциал протекания 413 Электроосмос 411 Электрофорез 412 Эффективное излучение 86

Ядро кристаллизации 307 Ячейка Бенара 218

422

О ГЛАВЛЕН И Е

П р е д и с л о в и е ......................................................	; ......... ..............................................	.......	3
У сл о вн ы е о б о зн ач ен и я .......................................................		.............................................	5
В веден ие....................................................................................................................................			V
Г л а в а 1. М о л ек у л яр н ая ф и зи к а воды в тр ех ее агр егатн ы х
со сто ян и ях .............................................................................................................			10
1.1. Общие сведения.......................................................		...........................................	10
1.2. Строение молекулы воды ................................................................................			14
1.3. Понятие о молекулярно-кинетической теории вещ ества
и воды ...............................................................	........................................................		17
1.4. Структура воды в трех ее агрегатных состояниях................ ...............			20
Г л а в а 2. О сн о вн ы е ф изически е сво й ства воды ,		водян ого п ара, л ьд а,
с н ега ..........................................................	.....................................................		24
2.1. Ф изические свойства воды .........................................................................		:..	24
2.2. Аномальные свойства воды ............................................................................			39
2.3. Ф изические свойства водяного пара в атм осф ере...............................			41
2.4. Ф изические свойства л ьд а.............................................................................			44
2.5. Ф изические свойства снега и снеж ного покрова..................................			49
Г л а в а 3. О сновн ы е полож ен ия теп л о о б м ен а .............................		...........................	67
3.1. Теплота. Температурное поле. Градиент тем пературы ......................			68
3.2. Тепловой поток. Коэф фициент теплопроводности.............................			71
3.3. Теплопередача и теплоотдача.......................................................................			75
3.4. Количественная оценка конвективной теплоотдачи............................			78
3.5. Количественная оценка лучистого теплообмена..................................			79
3.6. Количественная оценка теплоты при изменении
агрегатного состояния вещ ества..................................................................			88
3.7. Количественная оценка теплопередачи....................................................			90
3.8. Дифференциальное уравнение теплопроводности..............................			92
3.9. Дифференциальное уравнение теплопроводности
с источником теплоты .......................................................................................			96
3.10. У словия однозначности.................................................................................			97
3.11. М етоды реш ения задач...................................................................................			100
3.12. Определение коэфф ициента теплопроводности................................			102
3.13. Определение коэфф ициента температуропроводности
методом регулярного реж им а......................................................................			104
3.14. Определение коэффициента температуропроводности по
полевым наблю дениям ................................	.................................................		106
Г л а в а 4. С таци онарное тем пературн ое п о л е ........................		...............................	108
4.1. Одномерное стационарное температурное поле................................			108
4.2. Одномерное стационарное температурное поле с внутренним
источником теплоты ...........................................................................................			112
4.3. Стационарное температурное поле цилиндрической стенки...........			114
4.4. Теплопередача при цилиндрической стенке..........................................			116

423

4.5. Двухмерное стационарное температурное поле.................................	117
Г л ав а 5. Н естаци онарн ое тем п ер ату р н о е п о л е ....................................................	131
5.1. Аналитические методы реш ения уравнения теплопроводности.	131
5.1.1. М етод разделения переменных при решении
уравнения теплопроводности.........................................................	131
5.1.2. Частный пример нестационарного температурного	135
поля в стен к е.......................................................................................
5.1.3. Реш ение уравнения теплопроводности	138
при различных граничных условиях ...........................................
5.2. Численный метод реш ения уравнения теплопроводности	143
для одномерного температурного поля....................................................
5.3. Численный метод реш ения уравнения теплопроводности
для двухмерного температурного поля .....................................................	152
5.4. Расчет скорости промерзания и оттаивания почвогрунта................	154
5.5. Изучение температурных полей на м оделях..........................................	156
Г л ав а 6. Г идротерм и ческий р асч ет водоем ов и водотоков ...........................	166
6.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности
турбулентного потока......................................................................................	166
6.2. Уравнение теплопроводности непроточного водоема.......................	174
6.3. Расчет средней температуры воды водоема (метод изоклин)........	181
6.4. Расчет температуры поверхности воды водоема
(метод А.П. Браславского).......................................................................... .	185
6.5. Расчет температуры воды по глубине водоема (метод
суперпозиции).......................................................................................................	186
6.6. Расчет температуры воды открытого водотока.....................................	192
6.7. Гидротермический расчет водохранилищ а-охладителя....................	194
Г л а в а 7. Д виж ение вод с у ш и ..........................................................................................	201
7.1. Общие сведения о гравитационном движении воды в канале........	202
7.2. Анализ гидродинамического уравнения С ен-Венана.........................	210
7.3. Конвективные течения в водоем е..................................... ..........................	214
7.4. Конвективный водообмен в устье реки .....................................................	222
7.4.1. Расчет стационарного клина соленых вод устьевой
зоны реки при открытой водной поверхности.......................	223
7.4.2. Расчет стационарного клина соленых вод устьевой
зоны реки при ледяном покрове..................................................	231
7.5. М олекулярный и конвективный перенос вещ ества в потоке..........	236
Г л ав а 8. Л едотехн ический р асч ет водоем ов и во д о то ко в ..............................	241
8.1. Ф ормирование ледяного покрова................................................................	241
8.2. Расчет толщ ины ледяного покрова.............................................................	245
8.3. Расчет площ ади полыньи нижнего бьефа ГЭС и ее
ш угопродуцирующ ей части..................... .....................................................	251
8.4. Зажорные явления на р еках ............................................................................	254
8.4.1. Расчет расхода ш уги ...........................................................................	25 5
8.4.2. Расчет количества льда в заж оре...................................................	257

4 2 4

8.5. Разруш ение ледяного покрова.....................................................................		261
8.6. Заторные явления на реках........................	: .................................................	263
8.6.1. Силовые условия образования затора.....................................		266
8.6.2. Расчет количества льда в заторе................................................		272
8.6.3. М етоды борьбы с заторами и зажорами льда на реках....		215
8.7. Статическая нагрузка от ледяного покрова
на гидротехнические сооруж ения..................................................	............	276
8.7.1. Статическая нагрузка при температурном
расш ирении льд а....................................................................	.........	276
8.7.2. Статическая нагрузка от ледяного поля, находящ егося
н ап л а в у ................................................................................	...............	283
8.7.3. Статическая нагрузка от примерзш его к сооружению
ледяного покрова при изменении уровня воды ..................		283
8.7.4. Статическая нагрузка от раздробленного льда затора....		284
8.8. Д инамические нагрузки льда на гидротехнические сооружения		292
8.9. Н авалы льда на берега и откосы гидротехнических сооружений		296
8.9.1. Гидравлическая нагрузка на ледяной покров.......................		298
8.9.2. Ветровая нагрузка на ледяной покров....................................		300
8.9.3. Расчет размеров навала льда на береговой откос..............		303
8.10. Наледи, физическая сущ ность их формирования и разруш ения		304
8.10.1. Ф ормирование наледи .................................................................		305
8.10.2. Разруш ение наледи......................................................................		309
8.10.3. Наледи - опасное явление природы. М етоды
борьбы с ним и .................................................................................		311
8.11. Определение временного сопротивления льда на сжатие,
изгиб и растяж ение...........................................................................................		312
Г л а в а 9. И спарен ие с поверхности воды , снега, л ь д а и п о ч в ы ...................		318
9.1. Ф изика процесса испарения с поверхности воды и факторы,
его определяю щ ие...............................................................................................		320
9.2. М етоды расчета испарения с поверхности воды ..................................		322
9.3. Расчет испарения с поверхности снежного и ледяного
покровов..................................................................................................................		335
9.4. Расчет испарения с поверхности почвы ..................................................		339
9.5. И змерение испарения с поверхности воды, снежного покрова
и почвы .....................................................................................................................		344
Г л а в а 10. В ода в п оч вогрун тах и снеж ном п о к р о в е .................................. ........		352
10.1. Основные понятия и виды передвижения влаги в почве.................		352
10.2. Дифференциальные уравнения влагопереноса в почве...................		3 56
10.3. Некоторые методы реш ения уравнения влагопереноса
в почве....................................................................................................................		360
10.4. М ерзлотное пучение некоторых почвогрунтов...................................		367
10.5. Таяние снежного покрова..............................................................................		369
10.5.1. Ф изико-механические процессы , протекающие
в снежном покрове.........................................................................		371
10.5.2. Расчет температуры снежного покрова...............................		374

425

10.5.3. Расчет слоя воды, образовавш егося при таянии
снежного покрова............................................ ...........................	375
10.6. Роль термического режима снежного покрова
в образовании лавин .......................................................................................	378
Г л а в а 11. А кустические, оптические й эл ектр о м агн и тн ы е явл ен и я
в в о д е ............................................................................ ..................................	384
11.1. Общие сведения о звуке................... .............................................. ..............	384
11.2. Ультразвук и его применение в гидрологии........................................	389
11.3. Оптические свойства воды ........... ............................................... ..............	393
11.4. Оптические методы исследования.............................................................	400
11.5. Омагниченная вода...........................................................................................	409
11.6. Электромагнитные явления в воде...........................................................	410
Л и тер а ту р а ........................................................ ......................................................................	417
П редм етн ы й у к азат ел ь .......................................................... .........................................	420

426

CONTENTS

P reface.............................................................................................	.............................	3
Legend.................................................................. ...........................................................		5
In tro d u c tio n ....................................................................................................................		7
C hapter 1. M olecular physics of w ater in its three states..................................		10
1.1. General information........................ .........................................	.................	10
1.2. Structure o f a water molecule......................................................................		14
1.3. Concept o f the molecular kinetic theory o f material and water.............		17
1.4. Structure of water in its three states............................................................		20
C hapter 2. The basic physical properties of water, w ater vapour, ice and snow		24
2.1. Physical properties o f water.......................................................................		24
2.2. Abnormal properties o f water......................................................................		39
2.3. Physical properties of water vapour in the atmosphere...........................		41
2.4. Physical properties of ice..............................................................................		44
2.5. Physical properties of snow and snow cover.............................................		49
C hapter 3 . The basic principles of heat exchange...............................	..............	67
3.1. Heat. Temperature field. Temperature gradient........................................		68
3.2. Thermal flux. Thermal conductivity coefficient......................	...............	71
3.3. Heat transfer and emission............................................................................		75
3.4. Quantitative estimation o f convection heat transfer	................................	78
3.5. Quantitative estimation of radiant heat exchange.....................................		79
3.6. Quantitative estimation of heat with water state changes.......................		88
3.7. Quantitative estimation o f heat transfer......................................................		90
3.8. The differential heat conduction equation.........................	.......................	92
3.9. The differential heat conduction equation with a heat source...............		96
3.10. Single-valuedness conditions....................................................................		97
3.11. Methods of problem solving......................................................................		100
3.12. Evaluation of the heat-conductivity coefficient......................................		102
3.13. Evaluation of the temperature conductivity coefficient by using the
regular regime method...............................................................................		104
3.14. Evaluation of the temperature conductivity coefficient by using
field observational data...............................................................................		106
C hapter 4. Stationary tem perature field................................................................		108
4.1. One-dimensional stationary temperature field.........................................		108
4.2. One-dimensional stationary temperature field with an internal heat source		112
4.3. Stationary temperature field in a cylindrical w all.....................................		114
4.4. Heat transfer in a cylindrical w all................................................................		116
4.5. Two-dimensional stationary temperature field.........................................		117
C hapter 5. N on-stationary tem perature field........................................................		131
5.1. Analytical methods of solving the heat conductivity equation..............		131
5.1.1. The variable separation method o f solving the heat conductivity
equation...................................................................................................		131

4 2 7

5.1.2. A partial example of non-stationary temperature field in a wall..	135
5.1.3. Solving the heat conductivity equation with various boundary
conditions...............................................................................................	138
5.2. The numerical method of solving the heat conductivity equation for
one-dimensional temperature field..............................................................	143
5.3. The numerical method of solving the heat conductivity equation for
two-dimensional temperature field....................................................... .	152
5.4. Calculation of the soil freezing and defrosting velocity.........................	154
5.5. Studying temperature fields by using models...........................................	156
C hapter 6. H ydrotherm al calculation of w aterbodies and w atercourses........	166
6.1. The differential equation o f heat conductivity for a turbulent flux........	166
6.2. The heat conductivity equation for a lentic water body..........................	174
6.3. Computation of the temperature of an open waterbody by using the	181
isocline m ethod.............................................. .............................................
6.4. Computation o f the waterbody surface temperature by using
Braslavsky’s method....................................... ...............................................	185
6.5. Computation of the depthwise water temperature profile for
a reservoir by using the method of superposition.....................................	186
6.6. Computation of the open stream temperature...........................................	192
6.7. Computation of a cooling reservoir................................................. ...........	194
C hapter 7. M otion of land w aters..............................................................................	201
7.1. General information on gravitational motion of water in a channel.... .	202
7.2. Analysis of the hydrodynamic Saint-Venant equation.............................	210
7.3. Convective currents in a water body...........................................................	214
7.4. Convective water exchange in a river estuary............................................	222
7.4.1. Computation o f a stationary salty water wedge in a river
estuary with open water surface.....................................................	223
7.4.2. Computation of a stationary salty water wedge in the
ice-covered estuary	231
7.5. Molecular and convective material transportation in a stream..............	236
C hapter 8. C om putation of the ice characteristics of w ater bodies and
stream s........................................................................... .............................	241
8.1. Ice cover formation........................................................................................	241
8.2. Computation o f ice cover thickness............................................................	245
8.3. Computation of the ice opening area in the hydro-power station
tailwater and its part where sludge ice is formed......................................	251
8.4. Hanging ice dams in rivers...........................................................................	254
8.4.1. Computation of sludge ice discharge.............................................	255
8.4.2. Computation of ice depth in hanging ice dams............................	257
8.5. Ice cover destruction........................................ .............................................	261
8.6. Ice jamming in rivers.....................................................................................	263
8.6.1. Power conditions o f ice jam formation.........................................	266
8.6.2. Computation of ice depth in an ice jam	272
8.6.3. Methods of prevention and mitigation of ice jamming in rivers	275

4 2 8

8.7. Static ice-cover load on hydraulic engineering constructions................	276
8.7.1. The static load caused by ice temperatureexpansion	276
8.7.2. The static load caused by floating ice...........................................	283
8.7.3. The static load caused by the ice cover frozen to a engineering
construction, with changing water levels......................................	283
8.7.4. The static load caused by broken ice jam s....................................	284
8.8. Dynamic ice load on hydraulic engineering constructions.....................	292
8.9. Ice piling on banks and slopes of engineering constructions..................	296
8.9.1. Hydraulic load on ice co v er...........................................................	29 8
8.9.2. Wind load on ice cover....................................................................	300
8.9.3. Computation of the ice dumping on bank slopes......................	303
8.10. Aufeis and physics o f its formation and destruction..............................	304
8.10.1. Formation of aufeis.........................................................................	305
8.10.2. Destruction of aufeis......................................................................	309
8.10.3. Aufeis as a hazardous natural phenomenon. Methods of
mitigation..........................................................................................	311
8.11. Estimation of the temporal ice resistance to compression, bending
and stretching................................................................................................	312
C hapter 9. Evaporation from w ater, snow, ice and soil surfaces.....................	318
9.1. Physics of evaporation from a water surface and its governing factors	320
9.2. Methods o f calculation of evaporation from water surfaces..................	322
9.3. Calculation o f evaporation from ice and snow surfaces.........................	335
9.4. Calculation o f evaporation from soil surfaces..........................................	339
9.5. Measurement o f evaporation from water surfaces, ice cover and soil...	344
C hapter 10. W ater in soils and snow cover.............................................................	352
10.1. Basic concepts and types o f soil moisture m otions...;......................	352
10.2. The differential equations of soil moisture transportation.....................	356
10.3. Some methods of solving the soil moisture transportation equation	360
10.4. Frost heaving in certain types of frozen soils..........................................	367
10.5. Snow-cover melting......................................................................................	369
10.5.1. Physical and mechanical processes occurring in snow cover	371
10.5.2. Calculation o f snow-cover temperature....................................	374
10.5.3. Calculation o f snow-melted water layer thickness.................	375
10.6. Role of snow cover thermal regime in avalanche formation................	378
C hapter 11. Acoustic, opticaland electrom agnetic phenom ena in w ater	384
11.1. General information on sound....................................................................	384
11.2. Ultrasound and its application in hydrology.............................................	389
11.3. Optical properties ofw ater...........................................................................	393
11.4. Optical research methods.............................................................................	400
11.5. Magnetic water........................................... ..................................................	409
11.6. Electromagnetic phenomena in water........................................................	410
References.....................................................................................................................	417
Subject index...................................................................................................................	420

4 2 9

Учебное издание

Сергей Дорофеевич Винников Наталья Владимировна Викторова

Ф ИЗИКА В О Д СУШ И

Учебник

Редактор О.С. Крайнова

Компьютерная верстка Н.И. Афанасьевой

Л Р № 020309 от 30.19.96.

П о д п и с а н о в п е ч а т ь 1 4 .0 9 .0 9 . Ф о р м а т 60><90 '/i6 . Г а р н и т у р а T im e s N e w R o m a n .

Б у м а г а о ф с е т н а я . П е ч а т ь о ф с е т н а я . У ч .-и зд . л . 3 0 ,0 . Т и р а ж 3 5 0 э к з . З а к а з № 2 6 /0 9 . Р Г Г М У , 1 9 5 1 9 6 , С а н к т - П е т е р б у р г , М а л о о х т и н с к и й п р ., 9 8 .

З А О « Н П П « С и с т е м а » , 1 9 7 0 4 5 , С а н к т - П е т е р б у р г , У ш а к о в с к а я н а б ., 17/1 .___________

<<< < Предыдущая 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4243 / 4343

Соседние файлы в предмете Физика атмосферы, океана и вод суши

#
19.02.20243.49 Mб1Контрольная работа (решение для В1).pdf
#
19.02.202415.93 Кб0Контрольная работа для ФЗО.docx
#
19.02.202413.59 Mб0Лекция ФЗО.docx
#
19.02.202422.15 Кб1Ответы на вопросы к заёту ФЗО.docx
#
19.02.20248.36 Mб0Пример Конт. р по Физике вод суши.pdf
#
19.02.20249.8 Mб2Физика вод суши by Винников С.Д., Викторова Н.В. (z-lib.org).pdf