- •Гидрология полный курс для экологов
- •Введение
- •Вода в природе и жизни человека
- •Понятие о гидросфере
- •Границы гидросферы
- •Образование гидросферы
- •Водные объекты
- •Гидрологический режим и гидрологические процессы
- •Науки о природных водах
- •Методы гидрологических исследований
- •Использование природных вод в народном хозяйстве и практическое значение гидрологии
- •Бассейновому органу и
- •Администрации территории — субъекту Российской Федерации.
- •1) Поверхностные водные объекты — водотоки (реки, ручьи, каналы) и водоемы (озера, водохранилища, болота, пруды), ледники и снежники;
- •2) Внутренние морские воды (расположены в сторону берега от границы территориальных вод);
- •3) Территориальные моря России (прибрежные воды шириной 12 морских миль).
- •Краткие сведения из истории гидрологии
- •Глава 1
- •1. Химические и физические свойства природных вод
- •1.1. Вода как химическое соединение, ее молекулярная структура и изотопный состав
- •1.2. Химические свойства воды. Вода как растворитель
- •1.3. Физические свойства воды
- •1.3.1 Агрегатные состояния воды и фазовые переходы
- •1.3.2. Плотность воды
- •1.3.3. Тепловые свойства воды
- •1.3.4. Некоторые другие физические свойства воды
- •Глава 2 физические основы гидрологических процессов
- •2.1. Фундаментальные законы физики и их использование при изучении водных объектов
- •2.2. Водный баланс
- •2.3. Баланс содержащихся в воде веществ
- •2.4. Тепловой баланс
- •2.5. Основные закономерности движения природных вод
- •2.5.1. Классификация видов движения воды
- •2.5.2. Расход, энергия, работа и мощность водных потоков
- •2.5.3. Силы, действующие в водных объектах
- •Глава 3 круговорот воды в природе и водные ресурсы земли
- •3.1. Вода на земном шаре
- •3.2. Современные и ожидаемые изменения климата и гидросферы земли
- •3.3. Круговорот теплоты на земном шаре и роль в нем природных вод
- •3.4. Круговорот воды на земном шаре
- •3.5. Круговорот содержащихся в воде веществ
- •3.6. Влияние гидрологических процессов на природные условия
- •3.7. Водные ресурсы земного шара, частей света и россии
- •Глава 4 гидрология ледников
- •4.1. Происхождение ледников и их распространение на земном шаре
- •4.2. Типы ледников
- •4.3. Образование и строение ледников
- •4.4. Питание и абляция ледников, баланс льда и воды в ледниках
- •4.5. Режим и движение ледников
- •4.6. Роль ледников в питании и режиме рек. Практическое значение горных ледников
- •Глава 5 гидрология подземных вод
- •5.1. Происхождение подземных вод и их распространение на земном шаре
- •5.2. Физические и водные свойства грунтов. Виды воды в порах грунтов
- •5.2.1. Физические свойства грунтов
- •5.2.2. Виды воды в порах грунта
- •5.2.3. Водные свойства грунтов
- •5.3. Классификация подземных вод. Типы подземных вод по характеру залегания
- •5.3.1. Классификации подземных вод
- •5.3.2. Воды зоны аэрации. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона
- •5.3.3. Воды зоны насыщения. Грунтовые воды
- •5.3.4. Артезианские и глубинные воды
- •5.3.5. Другие типы подземных вод
- •5.4. Движение подземных вод
- •5.5. Водный баланс и режим подземных вод
- •5.5.1. Водный баланс подземных вод
- •5.5.2. Водный режим зоны аэрации
- •5.5.3. Режим грунтовых вод
- •5.6. Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Роль подземных вод в питании рек. Некоторые природные проявления подземных вод
- •5.7. Практическое значение и охрана подземных вод
- •Глава 6 гидрология рек
- •6.1. Реки и их распространение на земном шаре
- •6.2. Типы рек
- •6.3. Морфология и морфометрия реки и ее бассейна
- •6.3.1. Водосбор и бассейн реки
- •6.3.2. Морфометрические характеристики бассейна реки
- •6.3.3. Физико-географические и геологические характеристики бассейна реки
- •6.3.4. Река и речная сеть
- •6.3.5. Долина и русло реки
- •6.3.6. Продольный профиль реки
- •6.4. Питание рек
- •6.4.1. Виды питания рек
- •6.4.2. Классификация рек по видам питания
- •6.5. Расходование воды в бассейне реки
- •6.6. Водный баланс бассейна реки
- •6.6.1. Уравнение водного баланса бассейна реки
- •6.6.2. Структура водного баланса бассейна реки'
- •6.7. Водный режим рек
- •6.7.1. Виды колебаний водности рек
- •6.7.2. Фазы водного режима рек. Половодье, паводки, межень
- •6.7.3. Расчленение гидрографа по видам питания
- •6.7.4. Классификация рек по водному режиму
- •6.8. Речной сток
- •6.8.1. Составляющие речного стока
- •6.8.2. Факторы и количественные характеристики стока воды
- •6.8.3. Пространственное распределение стока воды на территории снг
- •6.9. Движение воды в реках
- •6.9.1. Распределение скоростей течения в речном потоки
- •6.9.2. Динамика речного потока
- •6.9.3. Закономерности трансформации паводков
- •6.10. Движение речных наносов
- •6.10.1. Происхождение, характеристики и классификация речных наносов
- •6.10.2. Движение влекомых наносов
- •6.10.3. Движение взвешенных наносов
- •6.10.4. Сток наносов
- •6.11. Русловые процессы
- •6.11.1. Физические причины и типизация русловых процессов
- •6.11.2. Микроформы речного русла и их изменения
- •6.11.3. Мезоформы речного русла и их изменения
- •6.11.4. Макроформы речного русла и их изменения
- •6.11.5. Деформации продольного профиля русла
- •6.11.6. Устойчивость речного русла
- •6.12. Термический и ледовый режим рек
- •6.12.1. Тепловой баланс участка реки
- •6.12.2. Термический режим рек
- •6.12.3. Ледовые явления
- •6.13. Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек
- •6.13.1. Гидрохимический режим рек
- •6.13.2. Гидробиологические особенности рек
- •6.14. Устья рек
- •6.14.1. Факторы формирования, классификация и районирование устьев рек
- •6.14.2. Особенности гидрологического режима устьевого участка реки
- •6.14.3. Особенности гидрологического режима устьевого взморья
- •6.15. Практическое значение рек. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек
- •6.15.1. Практическое значение рек и типизация хозяйственных мероприятий, влияющих на речной сток
- •6.15.2. Влияние на речной сток хозяйственной деятельности на поверхности речных бассейнов
- •6.15.3. Влияние на речной сток хозяйственной деятельности, связанной с непосредственным использованием речных вод
- •6.15.4. Гидролого-экологические последствия антропогенных изменений стока рек
- •Глава 7 гидрология озер
- •7.1. Озера и их распространение на земном шаре
- •7.3. Морфология и морфометрия озер
- •7.4. Водный баланс озер
- •7.4.1. Уравнение водного баланса озера
- •7.4.2. Структура водного баланса озера
- •7.4.3. Водообмен в озере
- •7.5. Колебания уровня воды в озерах
- •7.7. Термический и ледовый режим озер
- •7.7.1. Тепловой баланс озер
- •7.7.2. Термическая классификация озер
- •7.7.3. Термический режим озер в условиях умеренного климата
- •7.7.4. Ледовые явления на озерах
- •7.8. Основные особенности гидрохимических и гидробиологических условий. Донные отложения озер
- •7.8.1. Гидрохимические характеристики озер
- •7.8.2. Гидробиологические характеристики озер
- •7.8.3. Наносы и донные отложения в озерах
- •7.9. Водные массы озер
- •7.10. Изменения гидрологического режима каспийского и аральского морей
- •7.10.1. Проблемы, связанные с судьбой Каспийского и Аральского морей
- •7.10.2. Каспийское море
- •7.10.3. Аральское море
- •7.11. Влияние озер на речной сток. Хозяйственное использование озер
5.2.3. Водные свойства грунтов
Водные свойства грунтов определяются их физическими свойствами и содержанием в них воды. К основным водным свойствам грунтов относятся влажность, влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость, капиллярность.
Фактическое содержание воды в грунтах называют их влажностью Wm. Влажность — это отношение массы воды к массе сухого грунта, выраженное в %:
Wm = (mв/mc)100% = [(mгр - тс)/тс] 100%, (5.4)
где тв — масса воды в образце грунта, кг; тгр — масса исследуемого грунта с естественной влажностью, кг; тс — масса того же образца, кг, высушенного при температуре 105—106 °С. Часто вместо массовой влажности используют понятие объемная влажность Wоб, которую можно определить по формуле
Wоб = (Vв/Vс)100%, (5.5)
где Vв — объем воды в образце грунта, м3; Vc — объем образца грунта в абсолютно сухом состоянии, м3.
Между массовой и объемной влажностью существует соотношение Wоб= Wт с.гр/в, где с.гр — плотность сухого грунта, кг/м3; в — плотность воды, кг/м3.
Влагоемкостью грунта называют его способность вмещать и удерживать определенное количество воды. Под полной влагоемкостью Wпв понимают суммарное содержание в грунте всех видов воды при полном заполнении всех пор. Полная влагоемкость — это максимально возможная влажность для данного грунта. Влагоемкость определяют по формуле вида (5.4) и выражают ее в процентах.
Кроме полной влагоемкости выделяют наименьшую влагоемкость Wнв характеризующую количество гигроскопической, пленочной и капиллярной влаги, остающейся в грунте после окончания свободного стекания воды (она составляет для песков 3—5%, супесей 10—12%, суглинков и глин 12—22%).
По аналогии с дефицитом влажности воздуха используют и понятие дефицита влажности грунта (или недостатка насыщения) d. Он равен разности между полной влагоемкостью и фактической влажностью грунта. Например, оперируя объемной влажностью, можно получить:
d=Wпв –Wоб, (5.6)
Дефицит влажности обычно выражают в процентах.
Водоотдачей называется способность водонасыщенных грунтов отдавать воду путем свободного стекания. Коэффициент водоотдачи представляет собой отношение объема стекающей из грунта свободной (гравитационной) воды к объему всего грунта, выраженное в долях единицы или в процентах. Удельная водоотдача — это количество воды, которое можно получить из 1 м3 грунта. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы. Водоотдача глин ничтожна.
Водопроницаемостью грунтов называют их способность пропускать через себя воду под действием силы тяжести или градиентов гидростатического давления. Водопроницаемость зависит от размера и формы частиц грунта, от размера и количества пор и трещин в грунте, его гранулометрического состава. Чем больше размер частиц грунта и однороднее его состав, тем больше его водопроницаемость. Если промежутки между крупными частицами грунта заполнены более мелкими частицами, водопроницаемость грунта снижается.
Водопроницаемость грунтов — очень важная характеристика при исследовании движения подземных вод.
Грунты по степени водопроницаемости подразделяют на шесть групп (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Классификация грунтов по степени водопроницаемости*
-
Группы грунтов
Тип грунта
Коэффициент фильтрации Кф, м/сут
Высокопроницаемые
Хорошо водопроницаемые
Водопроницаемые
Слабоводопроницаемые
Весьма слабоводопроницаемые
Практически водонепроницаемые (водоупоры)
Гравий, галька, сильно закарстованные породы Крупнозернистые пески, сильно трещиноватые породы
Средне- и мелкозернистые пески, умеренно трещиноватые и закарстованные породы
Суглинки, супеси, песчанистые глины, слаботрещиноватые породы
Тяжелые суглинки, глины
Плотные глины, нетрещиноватые скальные породы
> 100
10-100
0,1-10
10-3-10-1
10-6-10-3
<10-6
* По В. А. Всеволожскому.
Важно обратить внимание на то, что глины несмотря на большую пористость благодаря очень малым размерам пор обладают ничтожной водоотдачей и соответственно являются в целом водонепроницаемыми. Однако глинистые слои могут, хотя и медленно, все же фильтровать воду. Это необходимо учитывать при оценке питания подземных вод через толщи глины.
Капиллярностью грунта называют его способность содержать и пропускать капиллярную воду. Высота капиллярного поднятия зависит от размера капиллярных пор, гранулометрического состава грунта, температуры воды и других характеристик. Чем мельче крупность частиц грунта и мельче поры, тем больше высота капиллярного поднятия. Понижение температуры и увеличение минерализации воды ведут к увеличению вязкости воды и увеличению сил поверхностного натяжения, что повышает высоту капиллярного поднятия.
Высота капиллярного поднятия воды над уровнем грунтовых вод обратно пропорциональна диаметру капиллярных каналов и крупности частиц грунта. При диаметре зерен грунта более 2—2,5 см капиллярного поднятия не происходит. Высота капиллярного поднятия H в некоторых грунтах приведена ниже:
Грунт н, см
Песок крупнозернистый 2,0—3,5
» среднезернистый 3,5—12,0
» мелкозернистый 35—120
Супесь 120-350
Суглинки 350-650
Глины 650-1200