Вода в природе

Виды вод	Название	Объём, млн. км3	Количество по отношению к общему объёму гидросферы, %
Морские воды	Морская	1370	94
Подземные (за исключением почвенной) воды	Грунтовая	61,4	4
Лёд и снег (Арктика, Антарктика, Гренландия, горные ледниковые области)	Лёд	24,0	2
Поверхностные воды суши: озёра, водохранилища, реки, болота, почвенные воды	Пресная	0,5	0,4
Атмосферные воды	Атмосферная	0,015	0,01
Воды, содержащиеся в живых организмах	Биологическая	0,00005	0,0003

Гидросфера возникла в результате излияния базальтов и выноса в этом процессе воды, СО₂ и других газов:

- вода (водяной пар) появилась на поверхности Земли 4 млрд. лет назад как следствие дегазации мантии при тектономагматической активности;

- гидросфера (океан) возникла на Земле 3 млрд. лет назад;

Условия существования гидросферы (океана) на планете:

1 – температура на планете должна быть выше температуры плавления воды;

2 – парциальное давление газообразной фазы воды должно быть выше насыщающего давления;

3 – температура и давление должны быть ниже критической точки (для воды: 647,3 К; 22,12 МПа).

Рис. Накопление воды в гидросфере: 1 - дегазированная из мантии воды; 2 - вода в океане; 3 - вода, связанная в океанической коре; 4 - вода, связанная в континентальной коре

- современные океанские котловины сформировались значительно позднее (в последние 250 млн. лет).

Гидрология – нау­ка, изучающая природные воды, явления и процессы, в них протекающие. Предмет изучения гидрологии – водные объекты, снежный покров, ледники, почвенные и подземные воды. Гидрология разделяется на гидрологию моря, гидрологию суши, гидрогеоло­гию, гляциологию. Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объек­тов и водным режимом отдельных территорий; проводит ана­лиз гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом. Гидрология даёт оценку и прогноз со­стояния и рационального использования водных ресур­сов. Современная гидрология пользуется методами, применяе­мыми в географии, физике и других науках.

Гидрология суши – раздел гидрологии, занимающийся исследованием гидрологических процессов на материках с упором на континентальную фазу водного цикла. Гидрология суши подразделяется на потамологию (учение о реках), лимнологию (озероведение), болотоведение.

Гидрологическая станция – осу­ществляет изучение гидрологического режима рек, озёр, морей, водохранилищ, болот, ледников. В ведении гидрологических станций находятся гидрологические посты – пункты на водном объекте, оборудованные устройствами и приборами для проведения систематических гидрологических наблюдений. За гидрологической станцией закрепляется 12-20 постов.

Рис. Комплексный график водомерных наблюдений на речном посту

Гидрография – 1) раздел гидрологии суши, посвященный описанию рек, озёр, водохранилищ и их отдельных частей с качественной и количественной характеристикой их положения, физико-географических условий, режима и использования. Изучение отдельных водных объектов позволяет выявить закономерности в распространении вод суши, понять особенности их режима. 2) Съёмка и нанесение на карту водных объектов, а также составление их описаний типа лоций.

Гидрометрия – раздел гидрологии, в котором разрабатываются, главным образом, методика изучения режима рек и озёр, каналов и водохранилищ, а также способы наблюдения явлений, характеризующих этот режим (измерение скорости водного потока, его уровня, глубины и т. п.).

Уровни воды в природных условиях измеряются на водомерных постах, для непрерывной их записи применяются лимниграфы и мареографы; передача данных об уровнях воды на значительные расстояния производится дистанционными уровнемерами. В лабораторных и промышленных условиях применяются самописцы уровня или мерная игла, остриё которой совмещается с поверхностью жидкости. Напор и давление жидкости измеряется пьезометрами и манометрами. В природных условиях глубины вод измеряются гидрометрической штангой, футштоком и лотом. Автоматически глубины записываются гидрометрическими профилографами: механическими, гидростатическими и акустическими (эхолотами). Рельеф дна и форма свободной поверхности потока в один и тот же момент фиксируются стереофотограмметрической съёмкой.

Скорости течения воды измеряются: местные (в определенных точках потока) – гидрометрическими вертушками, трубками гидрометрическими, термогидрометром, флюгером, поплавками, электронно-механическими приборами и др.; при исследовании турбулентности потока показания многих приборов записываются на осциллографе; средние скорости на вертикалях безнапорного потока измеряются поплавком-интегратором, гидрометрическим шестом, гидрометрической вертушкой, если последнюю перемещать в потоке вертикально. В лабораторных условиях применяется кинематографической способ измерения поля скоростей с визуализацией потока гидрокинематическими индикаторами.

Расходы жидкости определяются различными способами, в основном, зависящими от вида движения жидкости (напорное или безнапорное) и величины расхода. Самые точные способы – весовой и объёмный, однако они применимы только для определения малых расходов жидкости. Для измерения расходов напорных потоков применяются диафрагмы, труба Вентури, расходомеры. В условиях речных потоков чаще всего применяется способ, основанный на измерении местных скоростей и глубин, по которым подсчитывается расход. На водотоках с повышенной турбулентностью целесообразно применять метод смешения, заключающийся во введении в поток раствора-индикатора и измерении его концентрации в створе полного перемешивания. На небольших водотоках устраиваются гидрометрические сооружения, представляющие собой водосливы, гидрометрические лотки, искусственные контрольные сечения, водомерные насадки и др. В ирригации применяются водомеры-автоматы. Для определения расходов используются и сами гидротехнические сооружения (например, расходы на ГЭС могут быть установлены по рабочим характеристикам турбин).

Количество наносов, транспортируемых потоком, измеряется батометрами. Концентрация пульпы (гидросмеси) может быть измерена гамма-лучевым плотномером. Сток воды (т. е. объём воды, протекающий за сутки, месяц, год и пр.) регистрируется с помощью водомеров – в водоснабжении и счётчиков стока – в ирригации и речной гидрологии (при устойчивой связи между расходами и уровнями). Для определения стока реки ежедневно измеряются уровни и по установленной зависимости расхода от уровня вычисляют сток за любой промежуток времени.

Река — естественный по­стоянный водный поток, теку­щий в выработанном им углуб­лении — русле и питающийся за счет поверхностного и подземного стока с ее бассейна. Благодаря действию силы тяжести реки текут от более высоких участков земной поверхности к пониженным. Чем быстрее река, т. е. чем выше исток, или верховье реки — место, где река берет свое начало (истоком реки могут быть родник, болото, озеро, ледник), над ее устьем, т. е. местом впадения в какой-либо водный бассейн (другая река, озеро или море), тем разрушительнее сила реки.

Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока в пределах данного речного бассейна называется речной системой. Состоит из главной реки, притоков, впадающих в главную реку (притоки первого порядка), и притоков, впадающих в притоки первого порядка (притоки второго порядка), и т.д. Обычно главной считается самая длинная и многоводная река.

Характер и развитие речной системы обусловлены, главным образом, климатом, рельефом, геологическим строением и размерами бассейна. Если встать лицом по направлению течения реки, то слева будет левый берег, справа – правый.

Речная система: 1 – море; 2 – главная река; 3 – приток 1-го порядка; 4 – приток 2-го порядка

Гидрографическая сеть – совокуп­ность водоёмов и водотоков суши (рек, озер, болот, каналов, водохрани­лищ) в пределах какой-либо территории. Когда рассматривается только система водотоков в пределах какой-либо территории, применяется термин «речная сеть». Характеризуется протяженностью рек, их извилистостью, уклоном, рисунком (взаимным расположением главной реки и притоков), густотой, озерностью и за­болоченностью (отношение площади зеркала озера или поверхности болот к площади территории, выраженное в процентах). Строение гидрографической сети – её густота, озёрность, заболоченность – обусловлено всем комплексом физико-географических условий и прежде всего климатом (суммой годовых осадков, величиной испарения), рельефом, геологическим строением местности.

Речная сеть, густота N – отношение длины водотоков L речной сети к площади водосборного бассейна S: N=L/S (км/км²). Густота речной сети характеризует развитие поверхностного стока на рассматриваемой территории и может быть редкой (менее 0,2 км/км²), средней (0,2 – 0,4 км/км²), густой (0,4 – 0,7 км/км²) и очень густой (более 0,7 км/км²). Зависит от количества осадков, геологического строения и рельефа, а также характера почв и растительного покрова (таблица). В горных странах густота речной сети значительно выше. Так, на Кавказе этот показатель достигает 2,03. Отчасти это объясняется и тем, что на более высоких отметках сумма осадков больше.