- •Гідрологія
- •Тема 2. Розподіл води на земній кулі, її кругообіг, властивості та значення 20
- •Тема 3. Хімічні й фізичні властивості природних вод 31
- •Тема 4. Гідрологія річок 43
- •Тема 5. Гідрологія озер, водосховищ 83
- •Тема 1. Гідрологія – наука про воду.
- •1.1 Загальні положення. Предмет вивчення гідрології, поділ її на розділи та значення
- •1.2 Походження води
- •1.3 Види водних об’єктів, їх гідрохімічні показники та гідрологічний режим. Умови формування гідрологічних характеристик
- •1.4 Методи гідрологічних досліджень
- •1.5 Становлення і розвиток гідрології як науки
- •Тема 2. Розподіл води на земній кулі, її кругообіг, властивості та значення
- •2.1 Розподіл води на земній кулі. Єдність гідросфери
- •2.2 Зміна запасів води на Землі. Кругообіг води на Землі
- •2.3 Водні ресурси земної кулі, континентів, України
- •2.3.1 Водні ресурси земної кулі, континентів
- •2.3.2 Водні ресурси України
- •2.4 Заходи, щодо раціонального використання й охорони водних ресурсів
- •Тема 3. Хімічні й фізичні властивості природних вод
- •3.1 Вода як хімічна сполука, її молекулярна структура і ізотопний склад
- •3.2 Хімічні властивості води
- •3.3 Фізичні властивості води
- •3.3.1 Агрегатні стани води і фазові переходи
- •3.3.2 Густина води
- •3.3.3 Teплові властивості води: теплоємність, теплопровідність
- •3.3.4 Загальні закономірності поширення світла I звуку у воді
- •3.4 Хімічний склад природних вод. Умови формування гідрохімічних характеристик. Чинники формування складу I властивості природних вод
- •3.5 Класифікація природних вод
- •3.6 Гідрологічне, фізико-географічне та екологічне значення фізичних властивостей I «аномалій» у воді
- •3.7 Забруднення природних вод та боротьба з ним
- •Тема 4. Гідрологія річок
- •4.1 Гідрографічна мережа. Річки та річкова мережа. Основні елементи річкових систем
- •4.2 Типи річок
- •4.3 Морфологія й морфометрія річки та її басейну
- •4.3.1 Річкова система
- •4.3.2 Водозбір і басейн річки
- •4.3.3 Морфометричні характеристики басейну річки
- •4.4 Річкові долини та їх типи за походженням і характером поперечного профілю. Елементи річкових долин
- •4.5 Річкове русло та його звивистість у плані. Морфометричні елементи русла. Характерні руслові утворення. Поздовжній профіль річки
- •4.6 Живлення річок. Джерела живлення
- •4.7 Водний режим річок
- •4.7.1 Фази водного режиму. Гідрограф стоку. Розчленування гідрографів стоку
- •4.7.2 Класифікація річок за водним режимом. Відповідні рівні
- •4.8 Механізм течії річок. Розподіл швидкості течії води в річках та її екологічна роль
- •4.9 Річковий стік та його складові
- •4.9.1 Поняття про стік води, наносів, розчинених речовин, тепла
- •4.9.2 Фактори річкового стоку
- •4.9.3 Кількісна характеристика стоку. Норма стоку
- •4.10 Енергія та робота річок
- •4.11 Формування річкових наносів
- •4.12 Основні характеристики річкових наносів. Рух річкових наносів
- •4.13 Руслові процеси та їх типізація. Екологічна роль макро-, мезо- і мікроформ русла річки та їх динаміки. Плеси та перекати, меандри.
- •4.14 Термічний режим річок та його фактори
- •4.14.1 Річний термічний режим. Розподіл температури води за живим перерізом та за його довжиною. Тепловий стік.
- •4.14.2 Тепловий баланс
- •4.15 Льодовий режим річок та його фази
- •4.16 Основні риси та особливості гідрохімічного та гідробіологічного режиму річок
- •4.16.1 Гідрохімічний режим річок
- •4.16.2 Гідробіологічний режим річок
- •Тема 5. Гідрологія озер, водосховищ
- •5.1 Озера та їх поширення на земній кулі
- •5.2 Типи озер за походженням, характером водообміну, хімічним складом
- •5.3 Морфологічні та морфометричні характеристики озер
- •5.4 Водний баланс озера. Елементи водного балансу
- •5.5 Рівневий режим
- •5.6 Динамічні явища
- •5.7 Термічний режим
- •5.7.1 Температурний режим озерних вод
- •5.7.2 Сезонний розподіл температури з глибиною
- •5.7.3 Термічні типи озер
- •5.7.4 Особливості льодового режиму
- •5.8 Вплив озер на клімат прилеглої території
- •5.9 Призначення водосховищ та їx розміщення не земній кулі
- •5.9.1 Типи улоговин водосховищ за їх побудовою, їх класифікація
- •5.9.2 Основні морфометричні й гідрологічні характеристики водосховищ
- •5.9.3 Водний баланс водосховищ. Переформування берегів. Вплив водосховищ на річковий стік.
- •Контрольні запитання
- •Тема 1.
- •Тема 2.
- •Тема 4. Гідрологія річок
- •Тема 5. Гідрологія озер, водосховищ
- •Додатки Додаток а
- •Додаток б
- •Додаток в
Тема 3. Хімічні й фізичні властивості природних вод
3.1 Вода як хімічна сполука, її молекулярна структура і ізотопний склад
Хімічно чиста вода – це сполука водню з киснем, має хімічну формулу Н2О. Її молекула складається з 11,11 % водню і 88,89 % кисню. Характерною особливістю молекул води є їхня властивість об’єднуватися в агрегати – сполуки кількох молекул. За сучасними уявленнями, молекула води побудована у вигляді тетраедра, в центрі якого знаходиться ядро атома кисню, а на кінцях одного з ребер тетраедра розташовуються два позитивних заряди, що відповідають ядрам атомів водню.
Вода має певні аномальні властивості. Насамперед, вона дуже стійка до впливу зовнішніх чинників, що пояснюється існуванням додаткових сил між молекулами (водневий зв’язок). У свою чергу, іон водню, зв’язаний з іоном кисню, здатний притягувати до себе іон того ж елемента з іншої молекули. Кожна молекула води може утворювати чотири водневі зв’язки за рахунок двох пар неподілених електронів кисню і двох позитивно заряджених атомів водню.
У пароподібному стані (при температурі >100 ºС) вода складається, головним чином, з однорідних простих молекул, відповідає формулі Н2О і називається гідролем. Агрегат із двох простих молекул (Н2О)2називається дигідролем, а сполучення з трьох молекул (Н2О)3 – тригідролем. Рідка вода – це суміш молекул: (Н2О), (Н2О)2, (Н2О)3, а у воді у твердому стані (лід) переважають трійчасті молекули (Н2О)3, які мають найбільший об’єм. При збільшенні температури води співвідношення між кількістю простих і складних молекул у ній змінюється (табл. 3.1). Змінюється й відстань між молекулами. Саме цим пояснюються деякі аномальні властивості води.
Таблиця 3.1 Зміна співвідношень молекул у воді при зміні температури, %
Молекули води |
Температура води, ºС |
||||
лід |
0 |
4 |
38 |
98 |
|
Н2О |
0 |
19 |
20 |
29 |
36 |
(Н2О)2 |
41 |
58 |
59 |
50 |
51 |
(Н2О)3 |
59 |
23 |
21 |
21 |
13 |
Всього |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Ізотопний склад природних вод. Найбільш вивченими ізотопами природних вод є ізотопи кисню й водню. Кисень має три стійких ізотопи: з атомною масою 16, 17, і 18, а також три радіоактивних ізотопи з атомною масою 1, 2, 3.
Найпоширенішими у природній воді є ізотоп з атомною масою 16. Інші ізотопи кисню зустрічаються у воді дуже рідко. Радіоактивні його ізотопи в складі природної води не відіграють якоїсь певної ролі, оскільки періоди їхнього напіврозпаду становлять декілька десятків секунд. Водень має два стійких ізотопи: з атомною масою 1 і 2, названих відповідно протієм і дейтерієм. Протій – це основний складник хімічно чистої води, а дейтерію в природі надзвичайно мало. Сполука дейтерію з киснем називається “важкою водою”, яка зустрічається в океанічних водах на значних глибинах і в дуже малих кількостях. Нині відомий ще один ізотоп водню з атомною масою 3 (тритій). Він радіоактивний і його концентрація в природних водах ще менша, ніж дейтерію. Так, один його атом припадає на 1010 атомів протію. Хімічно чиста вода в природі майже не зустрічається. Природна вода є добрим розчином і тому завжди містить у собі завислі й розчинені речовини.
Залежно від розмірів часток розчинених речовин розчини бувають: молекулярно-йонними (розміри не перевищують 10-7мм), колоїдними (розміри від 10-7 до 10-5 мм). У природних водах колоїди зустрічаються дуже часто, але в малих кількостях. Частки речовин розміром більше 10-5мм називаються суспензіями або зависями. Вони видимі простим оком і бувають як органічного, так і неорганічного походження. Вода з домішками таких часток каламутна.