ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

ОСНОВЫ ГИДРОФИЗИКИ

Методические указания для выполнения лабораторных работ

Факультет экологии

Специальность: 280302–Комплексное использование и охрана водных ресурсов

Вологда

2004

УДК: 556

Основы гидрофизики: Методические указания для выполнения лабораторных работ.- Вологда: ВоГТУ, 2004.- с.31

Указания содержат рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу «Основы гидрофизики». Приводится методика гидрофизических расчетов.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составитель: Иофин З.К. - канд.геогр.наук, доцент кафедры КИиОПР;

Лихачева О.И. – ассистент кафедры КИиОПР.

Рецензент: Белый А.В. – канд.геогр.наук, доцент кафедры ГК иГ

Содержание

Введение	4
Лабораторная работа № 1. Расчет теплообмена между водной поверхностью и атмосферой при нагреве и охлаждении водоема	4-15
Лабораторная работа № 2. Расчет испарения с водной поверхности при отсутствии наблюдении	16-19
Лабораторная работа № 3. Расчет температуры воды в поверхностном слое по уравнению теплового баланса	19-26
Лабораторная работа № 4. Зажорные явления	26-31
Библиографический список	31

Введение

Рациональное использование и охрана водных ресурсов требуют все более глубокого понимания и учета физического механизма гидрологических процессов и явлений. Гидрофизика, как и любой раздел физики, закладывает основы понимания физических явлений. Гидрофизика изучает физические свойства природных вод и физические процессы, протекающие в водной массе водных объектов в любом агрегатном состоянии. Учебная дисциплина «Основы гидрофизики» изучается на 2 курсе спецальности 280302 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». Учебный план предусмотривает по данному курсу лабораторные работы, способствующие усвоению материала и выработке навыков методологии гидрофизических расчетов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ И АТМОСФЕРОЙ ПРИ НАГРЕВЕ И ОХЛАЖДЕНИИ ВОДОЕМА

Цель работы: расчет физических закономерностей теплообмена между водной поверхностью и атмосферой при нагреве и охлаждении водоема.

Занятие 1. Определить теплообмен между водной поверхностью и атмосферой при нагреве водоема 10 мая.

Исходные данные:

1. Широта расположения водоема 58⁰, местоположение метеостанции - ;

2. Среднесуточные значения метеорологических элементов за 10 мая:

- скорость ветра =9,9 м/с;

- температура воздуха на метеостанции, находящейся на суше =12,7⁰С;

- абсолютная влажность воздуха =6,9мбар;

- облачность нижняя _н=5 баллов, общая _o=9 баллов;

- осадки =4мм.

3. Температура поверхности воды _п=7,2⁰С;

4. Средняя длина разгона воздушного потока вычисляется по индивидуально выданному плану водоема;

5. Приток воды в водоем равен стоку.

Порядок выполнения работы:

Результирующий тепловой поток, проходящий через открытую водную поверхность, определяется по формуле :

, Вт/м² (1)

где теплообмен через поверхность водоема за счет поглощения солнечной радиации, Вт/м² ;

- поглощенное водой длинноволновое излучение атмосферы, Вт/м² ;

- потери тепла на длинноволновое излучение с поверхности воды Вт/м² ;

- теплообмен при испарении, Вт/м² ;

- теплообмен водной поверхности с атмосферой, Вт/м² ;

- теплообмен с осадками, выпадающими на водную поверхность, Вт/м².

Направление потоков тепла внутрь водоема или водотока счи­тается положительным, а из водоема - отрицательным.

При наличии данных актинометрических наблюдений в районе водоема вычисляется по формуле:

= , Вт/м² (2)

где - суммарная солнечная радиация, падающая на горизон­тальную поверхность суши, Вт/м²;

- альбедо водной поверхно­сти.

Альбедо водной поверхности определяется по данным актинометрических наблюдений. При отсутствии данных наблюдений в зависимости от требуемой степени точности расчета его значе­ние принимается равным либо среднему дневному значению 0,074, либо принимается по справочным данным.

Для облегчения расчетов А. П. Браславский [1] составил таблицу, в которой привел значения в зависимости от ши­роты местности, времени года, а также от нижней и общей облач­ности (таблица 1).

Таблица 1

Величины поглощенной водой суммарной радиации солнца (в кал/см²сут) в зависимости от широты местности, общей ( ) и нижней облачности ( )

широта	Месяц				Месяц
600	май	5	9	295	декабрь	5	9	19
550		5	9	307		5	9	29

Примечание: данные таблицы необходимо перевести в систему СИ для чего табличные значения умножаются на 0,485 (1 кал/см²сут=0,485 Вт/м²). Приведенные в этой таблице цифры являются средними за каждый месяц и относятся к середине соответствующего месяца. Определение радиации для любых суток производится путем интерполяции

Потери тепла на длинноволновое излучение с поверхности воды рассчитывается по фор­муле;

, Вт/м² (3)

где постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,670 • 10^-8 Вт/(м² • К⁴) ;

- лучеиспускательная способность воды относи­тельно абсолютно черного тела, =0,95;

- абсолютная температура по­верхности воды, К;

- температура поверхности воды, °С.

Значение определяется по таблице 2.

Таблица 2

Значения (положительная температура), Вт/м²

t 0С	Десятые доли градуса
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
0	321	321	322	322	322	323	323	323	324	324
1	324	324	326	326	327	327	328	328	329	329
2	330	330	330	331	333	333	334	334	334	334
3	335	335	336	336	336	337	337	337	338	338
4	340	340	341	341	341	342	342	342	344	344
5	344	344	345	345	345	347	347	347	348	348
6	349	350	350	351	351	351	352	352	353	353
7	355	355	356	356	357	358	358	358	359	359
8	359	361	361	362	363	363	363	363	363	363
9	365	365	366	366	366	367	368	368	370	370
10	370	371	371	372	372	373	374	374	374	375
11	376	377	377	377	378	379	379	379	380	380
12	381	382	383	383	384	384	385	385	386	386
13	386	387	387	388	388	389	390	391	391	391
14	392	392	393	393	393	394	394	395	396	397
15	397	397	398	398	399	399	400	401	401	401
16	402	403	404	404	405	405	406	406	407	407
17	408	408	409	411	411	412	412	412	413	413
18	414	414	415	416	417	418	418	418	419	419
19	420	420	421	421	422	422	422	423	424	424
20	426	426	426	427	428	428	428	429	429	430
21	430	431	432	433	433	434	434	435	435	436
22	437	437	438	439	440	441	441	442	442	443
23	443	443	444	445	445	446	447	448	448	449
24	449	450	450	451	452	452	452	453	454	455
25	455	456	457	457	458	458	459	459	460	461
26	462	462	463	463	464	464	465	465	466	466
27	467	468	469	471	470	471	471	472	472	473
28	473	474	475	476	477	477	477	478	478	478
29	479	480	481	482	483	484	484	485	485	486

Поглощенное водой длинноволновое излучение атмосферы рассчитывается по формуле А. П. Браславского:

, Вт/м² (4)

где Т₂ - абсолютная температура воздуха над поверхностью воды на высоте 2 м;

- температура воздуха над водоемом на высоте 2 м, ⁰С;

и - параметры, характеризующие влияние облачности на встречное излучение атмосферы, определяется по таблицам 4 и 5, предварительно рассчитав влажность воздуха над поверхностью водоема по формуле: