1. Вода в природе, в жизни человека. Количество воды на земле.

Человек пьет воду, использует в различных производствах, сельском хозяйстве, при производстве электроэнергии. Сейчас многие страны мира испытывают недостаток пресной воды, для ее получения приходится строить специальные заводы, очистные сооружения. Вода, такое привычное вещество обладает совершенно удивительными свойствами. Только благодаря этим свойствам воды стала возможна жизнь на Земле. При поиске жизни на других планетах один из важнейших вопросов – есть ли там достаточное количество воды. Уникальное значение воды для биологических систем обусловлено количественным содержанием ее в живых организмах. Вода участвует в регуляции температуры тела человека и поддержании кислотно-щелочного равновесия, кроме того, вода участвует во всех протекающих в организме химических реакциях.

Запасы воды на земле огромны. Она находится в морях и океанах, в материковых ледниках и полярных льдах, в пресных водах озер, рек и болот. Значительные количества воды содержатся в атмосфере воздуха и горных породах, в живых организмах.

Объем воды на Земле громаден – 1400-1500 млн. кубических километров, что составляет 1/800 объема планеты Земля.

Этот объем распределяется следующим образом:

-мировой океан – 1120 млн. кубических километров;

-толща земной коры – 200 млн. кубических километров;

-материковые ледники и ледники приполярных областей – 30 млн. кубических километров;

-реки, озера, болота - 4 млн. кубических километров;

-атмосфера – 12 тыс. кубических километров;

Количество воды в гидросфере практически постоянно. Одним из источников поступления воды в гидросферу являются ювенильные воды, попадающие на Землю в результате извержения вулканов. Однако это всего 0.25 кубических километров в год. Расход воды также невелик и связан с разложением ее паров под действием солнечного излучения и улетучиванием их в мировое пространство.

2. ВЛАГООБОРОТ НА ЗЕМЛЕ 

(круговорот воды) — замкнутый процесс водообмена между водным пространством (гидросферой), воздухом (атмосферой) и земной корой (литосферой) под действием солнечного тепла и силы тяжести. Вода под действием солнечного тепла испаряется с поверхности океанов, морей, озер, рек, с земной поверхности, с крон деревьев и в процессе транспирации растений. Воздушными потоками пар переносится, а при понижении температуры с высотой конденсируется, и благодаря силе тяжести выпадают жидкие или твердые атмосферные осадки. Попав на сушу, влага питает почвы, забирается корнями растений, стекает в водоемы, производя размывающую работу, и снова испаряется. Этим обеспечивается неисчерпаемость водных ресурсов.

Водный баланс суши характеризуется основной зависимостью: количество атмосферных осадков, выпадающих на данной территории, равно сумме испарения, стока и накопления (или расхода) воды в верхнего слоях литосферы. Для всего земного шара за годичный период и для средних многолетних условий его отдельных территорий последний член Водный баланс равен нулю. Общее  уравнение  многолетнего  годового  водного  баланса  Мирового океана может быть записано в виде x + y + w + = z, где x – осадки на поверхность океана; y – поверхностный сток; w – подземный сток

3. Круговорот воды в природе. Гидрологический цикл. Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земнойбиосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков.

Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды.

Гидрологический цикл играет существенную роль в формировании температурного режима земной поверхности. Испаряющаяся жидкость поглощает тепло, а конденсирующийся газ его выделяет. Аналогичным образом, тепло поглощается при таянии льда и выделяется при замерзании воды. Такой энергообмен важен для развития широкомасштабных погодных систем, которые служат ключевым механизмом переноса тепловой энергии от экватора к полюсам. Если бы тепловая энергия активно не транспортировалась, то на полюсах становилось бы все холоднее, а в экваториальных областях — жарче.

Кроме того, являясь основными резервуарами воды, которая обладает высокой теплоемкостью, океаны и ледники служат важными «статическими» регуляторами температуры нижнего слоя атмосферы.

4. Внутриматериковый влагооборот.

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.

Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

В действительности влагооборот на Земном шаре происходит значительно сложнее: в формировании осадков, выпадающих на материк, участвует как влага с океана (внешняя), так и испаряющаяся с суши (внутренняя). Они полностью перемешиваются над континентом.

5. Атмосферные осадки

Атмосферными осадками называется влага, выпавшая на поверхность из атмосферы в виде дождя, мороси, крупы, снега, града. Осадки выпадают из облаков, но не каждое облако дает осадки. Формирование осадков из облака идет за счет укрупнения капель до размеров, способных преодолеть восходящие токи и сопротивление воздуха. Укрупнение капель идет за счет слияния капель, испарения влаги с поверхности капель (кристаллов) и конденсации водяного пара на других.

Формы осадков:

дождь – имеет капли размером от 0,5 до 7 мм (в среднем 1,5 мм);

морось – состоит из маленьких капель размером до 0,5 мм;

снег – состоит из шестигранных кристаллов льда, образовавшихся в процессе сублимации;

снежная крупа – округлые ядрышки диаметром 1 мм и более, наблюдается при температурах близких к нулю. Крупинки легко сжимаются пальцами;

ледяная крупа – ядрышки крупы имеют обледеневшую поверхность, их трудно раздавить пальцами, при падении на землю они подскакивают;

град – крупные кусочки льда округлой формы размерами от горошины до 5-8 см в диаметре. Вес градин в отдельных случаях превышает 300 г, иногда может достигать нескольких килограмм. Град выпадает из кучево-дождевых облаков.

Виды осадков:

Обложные осадки – равномерные, длительные по продолжительности, выпадают из слоисто-дождевых облаков;

Ливневые осадки – характеризуются быстрым изменением интенсивности и непродолжительностью. Они выпадают из кучево-дождевых облаков в виде дождя, нередко с градом.

Моросящие осадки – в виде мороси выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков.

Суточный ход осадков совпадает с суточным ходом облачности. Выделяются два типа суточного хода осадков – континентальный и морской (береговой). Континентальный тип имеет два максимума (в утренние часы и после полудня) и два минимума (ночью и перед полуднем). Морской тип – один максимум (ночью) и один минимум (днем).

Годовой ход осадков различен на разных широтах и даже в пределах одной зоны. Он зависит от количества тепла, термического режима, циркуляции воздуха, удаленности от побережий, характера рельефа.

Наиболее обильны осадки в экваториальных широтах, где годовое их количество (ГКО) превосходит 1000-2000 мм. На экваториальных островах Тихого океана выпадает 4000-5000 мм, а на подветренных склонах тропических островов до 10 000 мм. Причиной обильных осадков являются мощные восходящие токи очень влажного воздуха. К северу и югу от экваториальных широт количество осадков уменьшается, достигая минимума на 25-35º, где среднегодовое значение не превышает 500 мм и уменьшается во внутриконтинентальных районах до 100 мм и менее. В умеренных широтах количество осадков несколько увеличивается (800 мм). В высоких широтах ГКО незначительно.

6. Испарение и испаряемость. Закономерности распределения по территории.

Испаре́ние — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий на поверхности вещества (пар).

ИСПАРЯЕМОСТЬ — максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях с достаточно увлажненной подстилающей поверхности, то есть в условиях неограниченного запаса влаги. Испаряемость выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды и сильно отличается от фактического испарения

Испарение зависит от дефицита влажности и скорости ветра. На испарение тратится много тепла, так на испарение 1 г воды требуется 600 кал.

Испарение с океана на всех широтах значительно больше, чем испарение с суши. Испарение в океане может достигать величины 3000 мм в год, тогда как на суше максимум 1000 мм.

Различия в распределении испарения по широтам определяются радиационным балансом и увлажнением территории. В общем, в направлении от экватора к полюсам в соответствии с понижением температуры испарение уменьшается.

В случае отсутствия достаточного количества влаги на испаряющей поверхности испарение не может быть большим даже при высокой температуре и большом дефиците влажности. Возможное испарение, называемое испаряемость, в этом случае велико.

Над водной поверхностью испарение и испаряемость равны по величине, над сушей испарение может быть значительно меньше испаряемости. Испаряемость характеризует величину возможного испарения с суши при достаточном увлажнении.

7. Подземные воды, их виды, разгрузка в реки. Распределение по территории.

Воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие ниже поверхности земли, называют подземными. Подземные воды − один из важнейших компонентов геологической среды. Исследованием подземных вод занимается гидрогеология.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на:

• почвенные;

• грунто́вые;

• межпластовые;

• артезианские;

• минеральные.

• Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

• Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

• Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на:

• поровые — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах;

• трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках);

• карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

Подземные воды имеют разное происхождение: одни из них образовались в результате проникновения талых и дождевых вод до первого водоупорного горизонта (то есть до глубины 1,5-2,0 м, которые образуют грунтовые воды, то есть так называемая верховодка); другие занимают более глубокие полости в земле.

8. Реки. Строение речных систем. Густота речной сети.

Река́ — природный водный поток (водоток), текущий в выработанном им углублении — постоянном естественном русле и питающийся за счёт поверхностного и подземного стока с его бассейна.

Реки являются предметом изучения одного из разделов гидрологии суши — речной гидрологии (потамологии). Как правило, реки прокладывают свой путь и текут по зонам наименьшего напряжения и сопротивления — по тектоническим разломам.

В каждой реке различают место её зарождения — исток и место (участок) впадения в море, озеро или слияния с другой рекой —устье.

Реки, непосредственно впадающие в океаны, моря, озёра или теряющиеся в песках и болотах, называются главными; впадающие в главные реки — притоками.

Главная река со всеми её притоками образует речную систему, характеризующуюся густотой.

Поверхность суши, с которой речная система собирает свои воды, называется водосбором, или водосборной площадью. Водосборная площадь вместе с верхними слоями земной коры, включающая в себя данную речную систему и отделённая от других речных систем водоразделами, называется речным бассейном.

Реки обычно текут в вытянутых пониженных формах рельефа — долинах, наиболее пониженная часть которых называется руслом, а часть дна долины, заливаемая высокими речными водами, — поймой, или пойменной террасой.

В руслах чередуются более глубокие места — плёсы и мелководные участки — перекаты. Линия наибольших глубин русла называется тальвег, близко к которому обычно проходит судовой ход, фарватер; линия наибольших скоростей течения называется стрежнем.

Границей водотока реки называется берег, в зависимости от расположения по течению относительно средней линии русла водотока различают правый и левый берега водотока.

Разность высот между истоком и устьем реки называется падением реки; отношение падения реки или отдельных её участков к их длине называется уклоном реки (участка) и выражается в процентах (%) или в промилле (‰).

По поверхности земного шара реки распределены крайне неравномерно. На каждом материке можно наметить главные водоразделы — границы областей стока, поступающего в различные океаны. Главный водораздел Земли делит поверхность материков на 2 основных бассейна: атлантико-арктический (сток с площади которого поступает в Атлантический иСеверный Ледовитый океаны) и тихоокеанский (сток в Тихий и Индийский океаны). Объём стока с площади первого из этих бассейнов значительно больше, чем с площади второго.

Густота речной сети и направление течения зависят от комплекса современных природных условий, но часто в той или иной мере сохраняют черты прежних геологических эпох. Наибольшей густоты речная сеть достигает в экваториальном поясе, где текут величайшие реки мира — Амазонка, Конго; в тропических и умеренных поясах она также бывает высокой, особенно в горных районах (Альпы, Кавказ, Скалистые горы и др.). В пустынных областях распространены эпизодически текущие реки, превращающиеся изредка при снеготаянии или интенсивных ливнях в мощные потоки (реки равнинного Казахстана, уэды Сахары, Крик (пересыхающая река)и Австралии и др.).

Классификация рек по величине

В России принята следующая классификация рек по величине:

Большими реками называются равнинные реки, имеющие бассейн площадью более 50000 км2, а также реки преимущественно горные с площадью водосбора более 30000 км2. Как правило, их бассейны располагаются в нескольких географических зонах, а гидрологический режим не свойственен для рек каждой географической зоны в отдельности.

Средними реками называются равнинные реки, бассейны которых располагаются в одной гидрографической зоне, имеющие площадь от 2000 до 50000 км2, гидрологический режим которых свойственен для рек этой зоны.

Малыми реками называются реки, бассейны которых располагаются в одной гидрографической зоне, имеют площадь не более 2000 км2 и гидрологический режим которых под влиянием местных факторов может быть не свойственен для рек этой зоны.

Топографическая классификация

В зависимости от рельефа местности, в пределах которой текут реки, они разделяются на горные и равнинные. На многих реках перемежаются участки горного и равнинного характера.

Горные реки, как правило, отличаются большими уклонами, бурным течением, текут в узких долинах; преобладают процессы размыва.

Для равнинных рек характерно наличие извилин русла, или меандр, образующихся в результате русловых процессов. На равнинных реках чередуются участки размыва русла и аккумуляции на нём наносов, в результате которой образуются осерёдки и перекаты, а в устьях — дельты. Иногда ответвлённые от реки рукава сливаются с другой рекой.

9. Речной исток. Измерение расходов воды. Водомерные посты.

Исто́к — место, где водоток (напр., река или ручей) берёт своё начало. На географической карте исток обычно представляется условной точкой.

Истоком обычно является начало ручья, получающего воду из родника, конец ледника, озеро, болото. На болотных реках за исток часто принимается точка, с которой появляется открытый поток с постоянным руслом.

Исток обычно соответствует месту, с которого появляется русло постоянного водотока или место, с которого появляется постоянное течение воды в русле.

В речной системе, имеющей большое количество истоков, главным считается исток, наиболее удалённый от устья или наиболее многоводный. Нередко началом крупных рек считается место слияния двух рек, носящих разные названия. Например, Северная Двина образуется от слияния Сухоны и Юга, река Амур от слияния Шилки и Аргуни. В этом случае следует различать гидрографическую длину реки, представляющую собой сумму длин основной реки и той из её образующих, исток которой наиболее удалён от места слияния.

Расход воды (в водотоке) — объём воды, протекающей через поперечное сечение водотока за единицу времени. Измеряется в расходных единицах (м³/с). В промышленности расход воды (жидкости) измеряется расходомерами.

В гидрологии используются понятия максимального, среднегодового, минимального и др. расходов воды. Наряду с расходом наносов является одним из руслоформирующих факторов.

Гидрологический пост — совокупность различного оборудования и приборов для гидрологических измерений и наблюдений на реках, озерах, морях, каналах, а также место, где расположены эти устройства.

В узком смысле гидрологический пост — учреждение, проводящее гидрологические наблюдения. Основным официальным гидрологическим постам мира присвоены гидрологические коды. В России большинство гидрологических постов находятся в ведении Росгидромета. Но существуют также и ведомственные посты при гидроузлах, гидроэлектростанциях и пр.

Типы и разряды постов

В зависимости от наблюдаемого объекта и установленного объёма наблюдений, гидрологические посты имеют определённый тип и разряд:

гидрологические посты на реках и каналах — ГП. Делятся на ГП: 1-го (ведущие полный объем наблюдений) и 2,3-го разряда (уровенные посты и работающие по сокращенной программе)

озерные гидрологические посты на озерах и водохранилищах — ОГП

морские гидрологические посты на морях — МГП

Виды наблюдений

На гидрологическом посту проводятся следующие виды наблюдений:

уровень воды на водном объекте (все типы)

уклон водной поверхности (ГП-1)

расход воды в реке или канале (ГП-1)

температура воды (все типы)

мутность воды (ГП, ОГП)

расход взвешенных и донных наносов (ГП-1)

волнение (МГП, ОГП)

рейдовые наблюдения на акваториях (ОГП, МГП)

соленость воды (МГП)

мониторинг загрязнения вод (все типы)

Кроме того, часть постов осуществляет так же и метеонаблюдения: температура воздуха, осадки, снегосъемка и пр.

10. Фаза водного режима. Виды питания рек. Расчленение гидрографа.

Фазы водного режима

Во́дный режи́м — изменения во времени расхода воды, уровней воды и объёмов воды в водотоках (реках и других), водоёмах (озёрах, водохранилищах и других) и в других водных объектах (болота и другие).

В районах с тёплым климатом на водный режим рек основное влияние оказывают атмосферные осадки и испарение. В районах с холодным и умеренным климатом также очень существенна роль температуры воздуха.

Различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень, ледостав, ледоход.

• Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водности реки, вызывающее подъём её уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы.

• Паводок — сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей. Следующие один за другим паводки могут образовать половодье. Значительные паводки могут вызвать наводнение.

• Межень — ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких (меженных) уровней воды в реках. Обычно к межени относят маловодные периоды продолжительностью не менее 10 дней, вызванные сухой или морозной погодой, когда водность реки поддерживается, главным образом, грунтовым питанием при сильном уменьшении или прекращенииповерхностного стока. В умеренных и высоких широтах различают летнюю (или летне-осеннюю) и зимнюю межень.

• Ледостав — период, когда наблюдается неподвижный ледяной покров на водотоке или водоёме. Длительность ледостава зависит от продолжительности и температурного режима зимы, характера водоёма, толщины снега.

• Ледоход — движение льдин и ледяных полей на реках.

Неравномерный в течение года режим питания рек связан с неравномерностью выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда и поступления их вод в реки.

Колебания уровня воды вызываются в основном изменением расхода воды, а также действием ветра, ледовых образований, хозяйственной деятельностью человека.

ПИТАНИЕ РЕКИ (русск.) — приток воды в реку (водоток) от разных источников. Главные типы питания рек:

• Дождевое — типичное для всех рек экваториального географического пояса и большинства в субэкваториальном, тропическом и субтропическом поясах.

• Снеговое — основное для рек в умеренном и субарктическом поясах.

• Ледниковое — для арктического и антарктического поясов и высокогорий.

• Подземное (грунтовое) — для областей, в умеренно континентальных зонах, для рек предгорий.

• Озерное — для рек, вытекающих из крупных озер (Ангара, Нева, Маккензи и другие).

• Смешанное — дождевое, снеговое, грунтовое — для многих областей умеренных поясов и муссонных.

Б. И. Куделиным разработана методика расчленения гидрографов для следующих типовых условий питания рек подземными водами:  1) река получает питание за счет грунтовых вод, имеющих с ней постоянную гидравлическую связь;  2) река получает питание за счет грунтовых вод, не имеющих с ней гидравлической связи;  3) река получает смешанное грунтовое питание из водоносных горизонтов как имеющих, так и не имеющих с ней гидравлической связи;  4) река получает питание за счет грунтовых и артезианских вод. Выделенные схемы подземного питания рек не отражают всех разнообразных случаев гидравлической связи водоносных горизонтов с рекой, имеющей большую площадь водосбора, который характеризуется сложными геологическим строением и гидрогеологическими условиями. Поэтому оценка величины подземного стока в реки по гидрографам возможна для небольших рек и не приемлема для крупных. Основные принципы расчленения гидрографов рек рассмотрим на примере первых двух наиболее характерных условий гидравлической взаимосвязи подземных и поверхностных вод. Расчленение гидрографа реки при ее питании из водоносных горизонтов, имеющих постоянную гидравлическую связь с рекой. Режим грунтового стока из водоносных горизонтов, имеющих постоянную гидравлическую связь с рекой, противоположен по направленности фаз режиму речного стока. Причем в этом случае наблюдается полная зависимость режима подземного стока от режима рек. В период максимального поверхностного стока подземный сток в реку имеет минимальные значения. Это связано с тем, что при резком подъеме уровня вод в реке создается подпор грунтовых вод, в результате чего подземный сток в реку уменьшается или прекращается. В течение восходящей стадии паводка происходит фильтрация речных вод в водоносный горизонт. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не пройдет пик паводка.

11 Водный баланс речных бассейнов

Водный баланс – соотношение за какой-либо промежуток времени (год, месяц, декаду и т. д.) прихода, расхода и аккумуляции (изменение запаса) воды для речного бассейна или участка территории, для озера, болота или другого исследуемого объекта. В общем случае учету подлежат атмосферные осадки, конденсация влаги, горизонтальный перенос и отложение снега, поверхностный и подземный приток, испарение, поверхностный и подземный сток, изменение запаса влаги в почво–грунтах и др.

Приходная часть баланса состоит из осадков, искусственного притока,

подземного притока извне, а расходная часть включает сток реки, искусствен- ный отток (каналы, оросительные системы), подземный сток, испарение и на- копление воды.

В упрощенном виде уравнение водного баланса для речного бассейна имеет следующий вид:

где x – осадки;

y – поверхностный сток;

z – испарение;

Δu – подземный сток.

x = y + z ± Δu,

Если приходная часть превышает расходную (например, зимой при нако- плении снега, в период дождей), то запасы воды в бассейне увеличиваются: Δu > 0. Если расходная часть больше приходной (в период снеготаяния, в ме- жень), то запасы воды в бассейне истощаются: Δu < 0. Для многолетнего пе- риода Δu близко к нулю.

Водный баланс речного водосбора отражает важные с точки зрения гид-рологии звенья процесса круговорота воды в природе. При анализе водноба-лансовых соотношений многие гидрологические явления рассматриваются в их совокупности и взаимодействии.

Пользуясь методом водного баланса, представляется возможным производить сопоставление отдельных источников поступления влаги в различные периоды времени в пределы изучаемой территории и устанавливать степень их влияния на общий ход формирования водного режима изучаемого объекта. На основе взаимной увязки отдельных компонентов водного баланса можно установить и путем анализа устранить возможные ошибки измерений и оценить точность полученных выводов.

Наконец, метод водного баланса позволяет косвенным путем определить по разности между изученными величинами тот из компонентов баланса влаги (сток, осадки, испарение, фильтрация и т. д.), который в данных условиях трудно измерить, но знание которого бывает необходимо или для решения чисто инженерных задач, или для выяснения общих закономерностей влагооборота к пределах рассматриваемого пространства.

12 Средний многолетний сток. Определение. Карта нормы стока.

Речной сток — перемещение воды в виде потока по речному руслу. Происходит под действием гравитации. Является важнейшим элементом круговорота воды в природе, с помощью которого происходит перемещение воды с суши в океаны или области внутреннего стока. Количественное значение стока в единицу времени называется расходом воды.

В гидрологии под речным стоком обычно подразумевается объём стока — объём воды (или минеральных веществ, твёрдый сток), прошедшей через определённый створ в единицу времени, чаще всего год. Объединяет поверхностный сток (образующийся в результате осадков и снеготаяния) и подземный сток, формируемый за счет грунтовых вод. Речной сток за год является объективным показателем для определения полноводности реки.

Но́рма стока – среднее значение величины стока за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное значение существенно не меняется. Норма стока может быть вычислена путем осреднения годовых величин стока (норма годового стока), стока за половодье (норма стока за половодье), за отдельные месяцы или другие периоды года. Часто термин норма стока применяется для сокращения выражения понятия нормы годового стока. Норма стока выражается в модулях стока, в слое стока и в виде среднего многолетнего расхода воды того периода года, для которого она вычисляется.

Карта нормы стока

Для характеристики распределения стока на любой территории строятся карты стока, выраженного в слое стока или в модулях стока. Для построения карты норм годового стока предварительно по данным фактических наблюдений вычисляются нормы стока для отдельных речных бассейнов и их частей. Полученные данные относятся к центрам тяжести речных водосборов. По нанесенным на карту величинам норм стока проводятся плавные линии, соединяющие точки с одинаковыми величинами норм стока, — изолинии стока. При проведении изолиний принимается во внимание распределение по территории основных факторов стока: атмосферных осадков, рельефа, почв, геологического строения, в горах — особенность высотной поясности.

Впервые в нашей стране карта стока была построена Д. И. Кочериным для европейской части СССР (1927 г.) по данным всего лишь 30 пунктов наблюдений. Тем не менее карта Кочерина давала в общем правильное представление об основных особенностях распределения стока на территории Русской равнины и в течение длительного времени служила источником для гидрологического обоснования многих гидротехнических проектов.

Карты стока дают отчетливое представление об особенностях распределения стока на той или иной территории. В этом прежде всего их географическое значение. Карты стока позволяют определить приближенную величину стока, а следовательно, и среднего многолетнего расхода любой реки, для которой отсутствуют данные непосредственных измерений.

13. Экстремальный сток. Паводки, половодья, Минимумы.

Па́водок — фаза водного режима реки; сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке, вызванное усиленным таянием снега, ледников или обилием дождей.

Периодически паводки не повторяются, и в этом их отличие от половодья. Продолжительность паводка от нескольких долей часа до нескольких суток. Среднемесячные расходы в период половодья и паводков больше среднегодовых.

В отличие от половодья паводок может возникать в любое время года. Значительный паводок может вызвать наводнение. В процессе перемещения паводка по реке образуется паводочная волна.

Полово́дье — одна из фаз водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в один и тот же сезон года, — относительно длительное и значительное увеличение водности реки, вызывающее подъём её уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы.

Половодье вызывается усиленным продолжительным притоком воды, который может быть обусловлен:

весенним таянием снега на равнинах;

летним таянием снега и ледников в горах;

обильными дождями (например, летними муссонами).

Половодья, вызванные весенним снеготаянием, характерны для многих равнинных рек, которые делятся на 2 группы:

реки с преобладанием весеннего стока (например, Волга, Урал)

реки с преобладанием летнего стока (например, Анадырь, Юкон, Макензи).

Половодья, обусловленные летним таянием горных снегов и ледников, характерны для рек Средней Азии, Кавказа, Альп.

Половодья, вызванные летними муссонными дождями, характерны для рек Юго-Восточной Азии (Янцзы, Меконг).

14 Речные нанос. Виды. Образование. Факторы твердого стока. Распределение по территории.

Формирование речных наносов.

Речными наносами называются твердые минеральные частицы, переносимые потоком и формирующие русловые и пойменные отложения. Речные наносы образуются из продуктов выветривания, денудации и эрозии горных пород и почв. Водная эрозия, разрушение земной поверхности под действием текучих вод, представляет собой наиболее активный процесс, обогащающий реки наносами. Она подразделяется на склоновую и русловую. Склоновая эрозия — размыв и смыв почв и горных пород снеговыми и дождевыми водами, стекающими по склону. Русловая эрозия — размыв водными потоками, протекающими в руслах, коренных пород дна и берегов русла и склонов долин. В процессе склоновой эрозии текущая вода разрушает связность частиц почв и горных пород и смывает (сносит) их в понижения — ложбины стока, которые и являются основными путями выноса продуктов эрозии с водосбора. Вместе со снеговыми и дождевыми водами материал смыва с водосбора поступает в следующие за ложбинами звенья временно действующей гидрографической сети — лощины, суходолы. В них процессы эрозии усиливаются и также осуществляется размыв, перенос и в конечном итоге вынос продуктов размыва в реки.

Очевидно, что не все продукты эрозии попадают в реки. Значительная часть их задерживается по пути стока поверхностных вод и заполняет углубления земной поверхности. Тем не менее, та часть продуктов эрозии поверхности бассейна, которая достигает русел рек, является существенным источником формирования речных наносов.

Воды рек размывают берега и дно русла. Однако наносы, поступающие за счет этих процессов, являются лишь частью речных наносов, причем некоторая доля их представляет собой продукты размыва ранее отложившихся в русле наносов, принесенных с поверхности бассейна.

Интенсивность водной эрозии зависит, прежде всего, от энергии текучих вод и затем от сопротивляемости размыву поверхности, по которой стекают эти воды.

Энергия текучих вод на некотором участке, как известно, определяется их расходом и падением. Вот почему водная эрозия при одних и тех же величинах стока наиболее ярко выражена в горных районах и значительно слабее на равнинах. Большое значение в развитии эрозии имеет режим стока: с увеличением стока в определенные сезоны происходит усиление эрозии.

Сопротивляемость поверхности земли размыву зависит от природных свойств этой поверхности и, прежде всего от свойств почв и пород, а также растительного покрова, предохраняющего почву от размыва. Различные виды почв и грунтов обладают неодинаковой способностью к размыву.

Уничтожение растительного покрова (вырубки, неумеренный выпас скота, пожары), неправильная распашка поверхности (вдоль склонов) и обработка почв без соблюдения агротехнических правил, предусматривающих сохранение структурности почв, могут привести к усилению эрозии, местному смыву почв, возникновению овражной эрозии и в конечном итоге к увеличению мутности рек.

В последние десятилетия в зоне распространения черноземов и каштановых почв в результате применения более совершенных приемов обработки почвы, в основном за счет широкого применения зяблевой пахоты, смыв почвы на плакорных участках заметно уменьшился.

Таким образом, интенсивность эрозии и формирование речных наносов находятся под влиянием ряда физико-географических факторов и хозяйственной деятельности. Одни из этих факторов зональные, другие — азональные. К зональным относятся климатические условия, сток, характер и распространение почв и растительности, к азональным — рельеф местности и распространение коренных пород и четвертичных отложений.

Основные определения и характеристики речных наносов

Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке обычно подразделяют на взвешенные и влекомые. Такое подразделение наносов носит условный характер, так как в зависимости от крупности наносов и скоростей течения потока те или иные твердые частицы могут находиться то во взвешенном состоянии, то перемещаться по дну потока.

Наносы, подразделяют, кроме того, на транзитные и руслоформирующие. Малые частицы переносятся к устью реки по преимуществу транзитом. Более крупные частицы в зависимости от гидрав­лических свойств потока то переносятся потоком во взвешенном или влекомом состоянии, то задерживаются на отдельных участках реки, с тем, чтобы при изменении гидравлических свойств потока вновь перейти в движение. Таким образом, постоянно происходит переформирование русла. Очевидно, что большая часть взвешенных наносов является транзитной, а большая часть влекомых — руслоформирующей.

Количество наносов (в килограммах), проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени, называется расходом наносов. Суммарное количество наносов, проносимое рекой через поперечное сечение за некоторый промежуток времени (сутки, месяц, год), называется стоком наносов за этот промежуток времени и выражается обычно в тоннах. Модулем стока наносов называют сток наносов с 1 км2 за год.

Количество взвешенных наносов, содержащееся в единице объ­ема (1 м3) воды, называется мутностью. Мутность выража­ется в г/м3.

Важной характеристикой наносов является их гранулометриче­ский состав, т. е. распределение данной фракции.

Влекомые наносы

Влекомыми наносами называются те, которые перемещаются в придонном слое потока. Твердые частицы, лежащие на дне, подвергаются силе гидродинамического, или лобового, давления.

Движение твердых частиц в придонном слое потока происходит в виде скольжения или перекатывания и перескакивания (сальтации). Такой характер движения осуществляется главным образом под влиянием восходящих вихрей и несимметричного обтекания твердой частицы струями воды. Частицы, оторвавшись от дна, могут находиться некоторое время во взвешенном состоянии и вновь опускаться на дно. В этом проявляется условность подразделения наносов на влекомые и взвешенные. Крупность влекомых наносов изменяется по сезонам года, возрастая при паводках и уменьшаясь в межень. При больших скоростях течения влекомые наносы дви­жутся большими массами. Размеры влекомых наносов постепенно уменьшаются по длине рек с уменьшением скоростей вниз по течению.

Количество влекомых наносов в равнинных реках мало. Они транспортируют преимущественно взвешенные наносы. В горных реках доля влекомых наносов велика и при больших скоростях составляет основную часть твердого стока реки.

В горных районах, чаще на небольших реках или временных потоках с малыми площадями водосборов, возникают кратковременные паводки, несущие огромные скопления наносов. Эти скопления твердого материала придают потоку характер грязевого, грязекаменного или водно-каменного. Потоки эти называются селями. Образуются сели в результате выпадения интенсивных дождей, реже — интенсивного снеготаяния. Необходимым условием для образования селя является обилие накопленного материала выветривания на водосборе и быстрый снос его в русло. Поэтому литологический состав пород, слагающих горные области, крутые склоны гор и значительные уклоны потоков имеют большое значение в формировании селей. Отсутствие растительности и оголенность склонов способствуют усилению эрозии, а следовательно, и образованию селей. Движение селевых потоков носит пульсирующий заторный характер. Заторы возникают на отдельных участках русла. При прорыве затора по реке проносится селевой поток, насыщенный наносами и обладающий большой разрушительной силой. Заторы повторяются. Таким образом, сель представляет собой поток, проходящий по реке в виде последовательных валов или волн. Продолжительность селей различна — от нескольких минут до нескольких часов. Во время прохождения селей происходят интенсивные процессы размыва русла и отложения наносов. Сель относится к опас­ным явлениям природы.

Взвешанные наносы

В текучей воде вследствие турбулентного характера течения твердые частицы могут находиться во взвешенном состоянии в тех случаях, когда вертикальная составляющая скорости течения потока превосходит гидравлическую крупность частиц. При обратном соотношении частицы будут осаждаться на дно, и начнется аккумуляция наносов или влечение их по дну. Вертикальная составляющая скорости растет с увеличением степени турбулентности потока и, следовательно, с увеличением скорости течения. Таким образом, чем больше скорости, тем более крупные частицы находятся во взвешенном состоянии. По мере передвижения вниз по течению в связи с общим уменьшением скоростей течения размеры частиц, находящихся во взвешенном состоянии, будут уменьшаться, а аккумуляция наносов усиливаться. Таким образом, речной поток обладает определенной транспортирующей способностью, т.е. способностью переносить определенное количество наносов данной крупности при определенных гидравлических характеристиках (уклон, скорость, глубина). Транспортирующую способность характеризуют либо предельным расходом взвешенных наносов, который способен транспортировать поток, либо средней мутностью, отвечающей насыщенности потока наносами, при которой осуществляется транспортирующая способность потока. Если фактический расход взвешенных наносов в потоке соответствует его транспортирующей способности, то между процессами взвешивания и осаждения наносов в придонном слое наблюдается динамическое равновесие.

Распределение мутности по живому сечению реки

Мутность речных вод значительно меняется по живому сечению потока, по его длине и во времени. Распределение мутности по живому сечению носит очень сложный и нередко в значительной мере беспорядочный характер. Как правило, мутность возрастает от поверхности ко дну. Это увеличение мутности происходит главным образом за счет крупных фракций наносов, увеличивающихся ко дну. Мелкие же фракции (менее 0,01 мм) обычно распределяются довольно равномерно по глубине потока. По этой причине, чем больше в составе наносов крупных фракций, тем неравномернее они распределены по глубине. С увеличением турбулентности потока распределение взвешенных наносов по вертикали становится более равномерным. Сказанное справедливо только как самая общая схема. В реальной же действительности дело обстоит много сложнее, так как эта схема нарушается под влиянием возникающих водоворотов и циркуляционных течений.

Еще более сложный характер носит распределение наносов по ширине реки. Здесь вообще трудно подметить сколько-нибудь отчетливо выраженную закономерность. Распределение наносов по ширине потока сильно меняется в зависимости от направления течения, местных размывов русла и берегов, впадения притоков, несущих большее или меньшее количество наносов, чем главная река. Наблюдения показали, что в ряде случаев наносы проносятся в потоке в виде отдельных движущихся скоплений — «жил».

15.Термический и ледовый режим рек.

Реки вместе с водой выносят в океаны, моря и внутренние водоемы не только твердые осадки и химические вещества, но и большое количество тепла. Тепловой режим реки определяется поглощением тепла прямой солнечной радиации, эффективным излучением водной поверхности, затратами тепла на испарение, его выделением при конденсации, теплообменом с атмосферой и ложем русла. Изменение составляющих теплового баланса реки в течение суток, сезона, года вызывает соответствующие колебания температуры воды в реках. Суточный ход температуры наиболее четко выражен летом, когда днем вода нагревается под действием солнечного тепла, а ночью остывает в результате преобладания эффективного излучения. Амплитуда суточных колебаний температуры воды зависит от широты места, водности рек, погодных условий. Так, в северных районах она меньше вследствие меньшей длительности ночи (ночного выхолаживания). На реках с малыми расходами она больше, чем на полноводных реках; при ясной погоде амплитуда больше, чем при облачной. Годовой ход температуры также тесно связан с изменением теплового баланса. После вскрытия реки температура воды растет. В период нагревания воды (в первую половину лета) она несколько ниже температуры воздуха, в период охлаждения, наоборот, выше. Средняя годовая температура воды обычно выше средней годовой температуры воздуха, т. к. зимой в реке вода не охлаждается ниже 0° С, тогда как воздух может иметь отрицательную температуру. Благодаря интенсивному турбулентному перемешиванию, обусловленному течением реки и сравнительно малым объемом воды в русле, изменения температуры в зависимости от глубины незначительны и не превышают десятых долей градуса, и только летом температуры у дна на 2—3° С ниже, чем у поверхности. В распределении температуры по ширине также существуют определенные закономерности. Температура воды большинства рек в период нагревания в прибрежной части выше, чем на стрежне, в период охлаждения — ниже. Направление течения реки может обусловливать некоторое несоответствие термического режима и местных метеоусловий. Реки, текущие с севера на юг, в период нагревания могут выносить более холодную воду, а для рек, текущих с юга на север и пересекающих ряд климатических зон, в период остывания может наблюдаться обратная картина — температура воды может быть выше температуры воздуха из-за выноса теплых вод из южных районов. На температуру воды рек, вытекающих из озер, большое влияние оказывает температура озерных вод, причем чем больше водная масса, тем на большее расстояние распространяется это влияние. Так, влияние холодных вод озера Байкал на температуру воды р. Ангары в теплый период года заметно на расстоянии 1170 км от истока. Термический режим рек на отдельных участках в значительной мере может определяться хозяйственной деятельностью человека. Образование внутриводного льда создает большие затруднения при эксплуатации водопроводов, гидроэлектростанций. Одна из весьма распространенных форм ледяных образований на реках, связанных с внутриводным льдом,— шуга. Шугой называется всплывший на поверхность внутриводный лед в виде комьев и подледных скоплений, в массе которого часто содержится снежура, сало и мелкобитый лед. На шугоносных реках нередко образуются зажоры — стеснение водного сечения массой внутриводного льда и шугой. Выше зажора уровень воды резко повышается, взламывая ледяной покров, и вызывает затопление прилегающих участков долины. Для борьбы с зажорными явлениями прибегают к взрывным и ледокольным работам. В ледяном покрове иногда сохраняются участки открытой воды, называемые полыньями. Возникают они на участках с большими скоростями течения воды (более 0,6—0,7 м/с), в местах выходов грунтовых вод, сбросов промышленных стоков или, если реки вытекают из озера, вследствие притока более теплых вод озера. Вскрытие рек начинается близ берегов под влиянием солнечных лучей, тепла атмосферы и поступающих в рекуталых вод. На реках, текущих с севера на юг ледоход проходит более спокойно, чем на реках, текущих с юга на север. В последнем случае вскрытие начинается с верховьев, в то время как среднее и нижнее течение реки сковано льдом. Волна весеннего половодья перемещается вниз по реке; при этом образуются мощные заторы, вызывающие большие подъемы уровня воды. Так, затор на Енисее в 1909 г. за период, меньший суток, вызвал подъем уровня на 12 м. На малых реках вскрытие может проходить без весеннего ледохода; на реках, вытекающих из озер, часто наблюдается два весенних ледохода — сначала идет речной лед, затем озерный.

16.Химический состав природных вод. Закономерности распределения п территории.

Теоретически не растворимых в воде веществ не существует, поэтому в морской воде содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Среднее количество растворенных в водах Мирового океана твердых веществ составляет около 3,5% по весу. Больше всего в морской воде содержится хлора — 1,9%. натрия — 1,06%. магния — 0,13%, серы —0,088%, кальция — 0,040%, калия — 0,038%, брома - 0,0065%, углерода — 0,003%. Содержание остальных элементов, в том числе биогенных и микроэлементов, ничтожно мало, менее 0,3%. В водах океана обнаружены драгоценные металлы, но концентрация их незначительна, и при общем большом количестве в океане (золота — 55 • 105 т, серебра — 137 • 106 т) добыча их нерентабельна. Главнейшие распространенные в воде элементы обычно находятся в ней не в чистом виде, а в виде соединений (солей). Основными из них являются: 1) хлориды (NaCl, MgCl), доля которых равна 88,7% всех растворимых в воде веществ. Они придают воде горько-соленый вкус; 2) сульфаты (МgSО4, СаSО4, Ка2SО4), которых в морской воде содержится 10,8%; 3) карбонаты (СаСО3), доля которых составляет 0,3% всех растворенных солей.

Хлористые соединения, преобладающие в морских водах, находятся в реках в очень малом количестве. Напротив, карбонаты, в основном формирующие солевой состав речных вод, почти отсутствуют в океане.

В водных растворах подавляющее большинство солей существует в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO₃^-, хлорид Cl^- исульфат SO₄^2-) и четыре катиона (кальций Ca²⁺, магний Mg²⁺, натрий Na⁺ и калий K⁺) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ.

Под влиянием климатических и других условий химический состав природных вод изменяется и приобретает характерные черты, иногда специфические для различных видов природных вод (атмосферные осадки, реки, озера, подземные воды).Атмосферные осадки из всех природных вод наименее минерализованы, но по химическому составу растворенных в них веществ они не менее разнообразны, чем другие природные воды. Источником их состава являются аэрозоли атмосферы. Ионный состав их довольно разнообразен.

Воды большинства рек принадлежат к гидрокарбонатному классу. По составу катионов эта вода имеет почти исключительно преобладание кальция; гидрокарбонатные воды с преобладанием магния и натрия - крайне редкое явление. Из природных вод гидрокарбонатного класса наиболее распространены воды малой минерализации (суммарное содержание солей до 200 мг/л).Реки с водой, относящейся к сульфатному классу, сравнительно малочисленны. Они распространены преимущественно в степной полосе и частично в полупустынях. Реки, воды которых относятся к хлоридному классу, встречаются почти так же редко, как и реки, в воде которых преобладают сульфаты. К этой территории относятся преимущественно степные районы и полупустыни. Преобладающими катионами природных вод хлоридного класса являются главным образом ионы натрия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализацией - свыше 1000 мг/л, реже от 500 до 1000 мг/л.

Минерализация воды озер бывает от очень низкой, в несколько десятков мг/л (т.е. мало отличающейся от дождевом) до очень высокой 3-3,5% (соляные озера с рассолом до предела насыщенного солями). Различие в минерализации отражается и на ионном составе воды озер. В нем наблюдаются закономерности, которые свойственны и химическому составу речной воды. С увеличением минерализации озерной воды происходит относительный рост ионов в ее составе в такой последовательности: HCO₃^-→SO₄^2-→Cl^-; Ca²⁺→Mg²⁺→Na⁺. При минерализации до 500-1000 мг/л в составе озерной воды преобладают гидрокарбонатные ионы, свыше 0,1% - чаще всего сульфатные, а по достижении 0,3-0,5% в зависимости от литологических особенностей водосборной площади - сульфатные или хлоридные воды. В составе катионов озерных вод преобладающая роль кальция сохраняется лишь до 0,1-0,2%. При дальнейшем росте минерализации эту роль начинают играть ионы натрия. Ионы магния, так же как и во всех других водах, сохраняют при всех минерализациях промежуточное положение. Причина подобного распределения ионного состава заключается в различной растворимости солей. Подавляющая часть пресных озер, так же как и рек, по составу вод гидрокарбонатно-кальциевые

Органическим веществом природных вод называют комплекс истинно растворенных и коллоидных веществ органических соединений. По происхождению органические вещества природных вод могут быть разделены на поступающие извне (с водосборной площади) и образующиеся в самом водном объекте. К первой группе относятся главным образом гумусовые вещества, вымываемые водой из почв, торфяников, лесного перегноя и других видов природных образований, включающих остатки растений, и органические вещества, поступающие с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Из гумусовых веществ для гидрохимии наибольший интерес представляют гуминовые и фульвокислоты. Обе эти кислоты характерны для гумуса (гумусовые кислоты), они не содержатся в живых растительных и животных тканях. Соотношение между ними в разных торфах и почвах неодинаково. В черноземных почвах преобладают гуминовые, а в подзолистых - фульвокислоты.В некоторых поверхностных водах, особенно в реках с болотным питанием, вещества гумусового происхождения являются основной частью химического состава воды. 

В холодных климатических зонах (тундре) очень мало органических остатков, и там водоёмы почти не содержат гуминовых кислот. А в зоне лесов, особенно хвойных, где органических остатков образуется много и они не успевают полностью разложиться, содержание гуминоных кислот составляет несколько десятков миллиграммов на литр. Гуминовые кислоты не только подкисляют воду в водоёме, но ещё и связывают практически все тяжёлые металлы в прочные комплексные соединения.

Газы в природной воде:

Кислород (O₂) находится в природной воде в виде растворенных молекул. 

Диоксид углерода (CO₂) находится в воде главным образом в виде растворенных молекул газа CO₂. 

Газ метан (CH4) относится к числу наиболее распространенных газов и подземных водах. 

Газ сероводород (H₂S) является одним из продуктов распада белкового вещества, содержащего в своем составе серу, и поэтому скопление его часто наблюдается в придонных слоях водоемов вследствие гниения различных органических остатков. 

Микроэлементы представляют собой самую большую группу элементов химического состава природных вод, в нее входят все элементы периодической системы, не включенные в предыдущие группы рассмотренных компонентов. Условно их можно разделить на пять подгрупп: 1) типичные катионы (Li⁺, Rb⁺, Cs⁺, Be²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ и др.); 2) ионы тяжелых металлов (Cu²⁺, Ag⁺, Au⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Co²⁺ и др); 3) амфотерные комплексообразователи (Cr, Mo, V, Mn); 4) типичные анионы (Br^-, I^-, F^-); 5) радиоактивные элементы.

Факторы влияющие на химический состав воды

Химический состав природной воды определяет предшествующая ему история, т.е. путь, совершенный водой в процессе своего круговорота. Количество растворенных веществ в такой воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, с другой - от условий, в которых происходили эти взаимодействия. Влиять на химический состав воды могут следующие факторы: горные породы, почвы, живые организмы, деятельность человека, климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр. 

Почвенный раствор и фильтрующиеся через почву атмосферные осадки способны усиливать растворение пород и минералов.

Рельеф местности косвенно влияет на состав воды, способствуя вымыванию солей из толщи пород. Глубина эрозионного вреза реки облегчает поступление в реку более минерализованных грунтовых вод нижних горизонтов. Этому же способствуют и другие виды депрессий (речные долины, балки, овраги), улучшающие дренирование водосбора.

Климат же, создает общий фон, на котором происходит большинство процессов, влияющих на формирование химическою состава природных вод. Климат прежде всего определяет баланс тепла и влаги, от которого зависит увлажненность местности и объем водного стока, а следовательно, и разбавление или концентрирование природных растворов и возможность растворения веществ или выпадения их в осадок.

Огромное влияние на химический состав воды и его изменение с течением времени оказывают источники питания водного объекта и их соотношение. В период таяния снега вода в реках, озерах и водохранилищах имеет более низкую минерализацию, чем в период, когда большая часть питания осуществляется за счет грунтовых и подземных вод.

17.Водный режим рек. Классификации рек по водному режиму.

Годовой цикл водного режима рек подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя). Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное значительное увеличение количества воды в реке, обычно сопровождается выходом воды из русла и затоплением поймы. Оно вызывается весенним таянием снега на равнинах, ранним таянием снега и льда в горах. Время прохождения весеннего половодья зависит от географического положения водосбора. Так, на юге Европы оно проходит в среднем в марте—апреле, а на Севере — в мае—июле. Продолжительность половодья на малых реках колеблется в широких пределах и определяется интенсивностью снеготаяния; в нижнем течении больших рек она составляет два — три месяца. Паводки — относительно кратковременные и непериодические подъемы уровня воды в реке, возникающие в результате быстрого таяния снега при оттепели, обильных дождях, попусках воды из водохранилищ. Обычно дождевые максимумы на средних и больших реках уступают по высоте максимума весенних половодий, но на реках с малыми водосборами, которые могут быть целиком охвачены интенсивными дождями, они значительно превосходят их. В районах с дождевым питанием рек (Дальний Восток), где доля талого стока в годовом цикле незначительна, максимальные расходы дождевых паводков независимо от размера реки превышают максимальные расходы половодий. Межень — фаза водного режима продолжительностью не менее 10 дней, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень. Меженный сток зависит как от климатических условий (осадков и испарения), так и, главным образом, от количества и характера грунтового питания рек.

Зайков разделил на следующие три основные группы:

реки с весенним половодьем;

реки с половодьем в теплую часть года;

реки с паводочным режимом.

Реки первых двух групп характеризуются периодически повторяющимися из года в год большими расходами воды, приуроченными к весне или теплой части года. В остальные времена года наблюдается несколько повышенный или низкий сток (межень - pppa.ru) или, наконец, паводки, большей частью случайные.

Реки третьей группы отличаются резкими и обычно кратковременными паводками, носящими систематический характер и возможными в любое время года или наиболее часто повторяющимися в те или иные сезоны; в межпаводковые периоды на этих реках устанавливается низкий сток.

Реки с весенним половодьем наиболее распространены на территории бывшего СССР. В течение весеннего половодья в реке в зависимости от ее величины и района расположения проходит от 50 до 100% всего годового стока. В зависимости от характера половодья и режима расходов в остальную часть года реки этой группы разделены на пять следующих типов:

казахстанский;

восточноевропейский;

западносибирский;

восточносибирский;

алтайский.

Классификация водного режима рек по М.И. Львовичу

На стоке рек и их водном режиме в течение года лежит печать зональности, поскольку они определяются прежде всего условиями питания. Первая классификация рек по условиям питания и водному режиму была создана А. И. Воейковым в 1884 г. В дальнейшем она усовершенствовала М. И. Львовичем за счет количественной оценки роли отдельных источников питания рек и сезонного распределения стока. При определенных условиях каждый из источников питания может оказаться почти исключительным, если его доля составляет более 80%; может иметь преимущественное значение (50-80%) или преобладать над другими (менее 50%). Те же градации применяются им и для стока рек по сезонам года. По сочетанию источников питания (дождевое, снеговое, подземное, ледниковое) и сезонному распределению стока им выделено на Земле шесть зональных типов водного режима рек, хорошо выраженных на равнинах.

Реки экваториального типа имеют обильное дождевое питание, большой и относительно равномерный сток в течение всего года, увеличение его наблюдается осенью соответствующего полушария. Реки: Амазонка. Конго и др.

Реки тропического типа. Сток этих рек формируется за счет муссонных летних дождей в субэкваториальном климатическом поясе и преимущественно летних дождей на восточных побережьях тропического пояса, поэтому половодье летнее. Реки: Замбези, Ориноко и др.

Реки субтропического типа в целом имеют преимущественно дождевое питание, но по сезонному распределению стока выделяются два подтипа: на западных побережьях материков в средиземноморском климате основной сток зимний (Гвадиана, Гвадалквивир, Дуэро, Тахо и др.), на восточных побережьях в муссонном климате сток летний (притоки Янцзы, Хуанхэ).

Реки умеренного типа. В пределах умеренного климатического пояса выделяются четыре подтипа рек по источникам питания и сезонному распределению стока. На западных побережьях в морском климате у рек преимущественно дождевое питание с равномерным распределением стока в течение года с некоторым увеличением зимой за счет сокращения испарения (Сена, Темза и др.); в районах с переходным климатом от морского к континентальному у рек смешанное питание с преобладанием дождевого над снеговым, с невысоким весенним половодьем (Эльба, Одер, Висла и др.); в районах континентального климата у рек преимущественно снеговое питание и весеннее половодье (Волга, Обь, Енисей, Лена и др.); на восточных побережьях с муссонным климатом у рек в основном дождевое питание и летнее половодье (Амур).

Реки субарктического типа имеют преимущественно снеговое питание при почти полном отсутствии подземного из-за многолетней мерзлоты. Поэтому многие небольшие реки зимой промерзают до дна и не имеют стока. Половодье на реках в основном летнее, так как они вскрываются в конце мая – начале июня (Яна, Индигирка, Хатанга и др.).

Реки полярного типа в короткий период лета имеют ледниковое питание и сток, большую же часть года они замерзшие.Подобные типы и подтипы водного режима характерны для равнинных рек, сток которых формируется в более или менее однотипных климатических условиях. Режим крупных транзитных рек, пересекающих несколько природно-климатических зон, сложнее.

Рекам горных областей присущи закономерности вертикальной поясности. С увеличением высоты гор у рек возрастает доля снегового, а потом и ледникового питания. Причем в аридном климате у рек ледниковое питание является основным (Амударья и др.), в гумидном наряду с ледниковым осуществляется и дождевое питание (Рона и др.). Горные, особенно высокогорные, реки характеризуются летними половодьями.

Наиболее интенсивны и даже катастрофичны летние половодья на реках, которые начинаются высоко в горах, а в среднем и нижнем течении имеют обильное питание от муссонных дождей: Инд, Ганг, Брахмапутра, Меконг, Иравади, Янцзы, Хуанхэ и др.

18.Движение воды в руслах. Распределение скорости по глубине и ширине. Наибольшего значения в середине потока.

В природе ламинарное те­чение встречается при движении воды по порам грунта. Оно возможно лишь при очень малых скоростях.

При турбулентном виде движения частички воды переме­щаются беспорядочно, постоянно перемешиваясь и образуя в отдель­ных случаях вихри. Скорость их непрерывно и мгновенно изменяется по величине и направлению (т. е. происходит пульсация скорости). В реках движение воды всегда турбулентное. Степень турбулентности, или интенсивность перемешивания масс воды речного потока, зависит от шероховатости русла и скорости течения. При неровном русле и большой скорости течения степень турбулентности выше, при отно­сительно ровном русле и небольшой скорости течения—ниже.

Скорость перехода одного движения в другое при данной глубине потока называется критической. При увеличении глубины кри­тическая скорость уменьшается. По данным М. А. Великанова, пере­ход ламинарного движения потока в турбулентное и обратно при глу­бинах 10, 100, 200 см происходит с критическими скоростями, равными соответственно 0,4; 0,04, 0,02 м/с. Общее течение речного потока вдоль русла при своем движении видоизменяется, в нем создаются внутренние течения. Причинами воз­никновения таких течений являются изгибы русла, подъем и спад уров­ней, наличие в потоке слоев воды с разной температурой, вращение Земли, а также воздействие рельефа дна, ветра, сооружений и др.

Под влиянием центробежной силы на изгибах русла образуется поверхностное течение, направленное от выпуклого берега к вогнутому, а у дна, наоборот, — от вогнутого к выпуклому (рис. 8). -За счет трения о дно скорость глубинного течения от вогнутого берега к выпуклому меньше по сравнению с поверхностным, поэтому у вы­пуклого берега происходит повышение уровня и создается попереч­ный уклон поверхности воды. 

Взаимодействие продольно­го течения с поперечным придает По­току винтовой характер. Так как речное русло состоит из извилин, пе­реходящих одна в другую, направле­ние поперечного течения постоянно меняется.

В результате вращения Земли в речных руслах возникает сила инерции, направленная к право­му берегу, и под действием этой силы создается постоянное поперечное те­чение. Последнее направлено в по­верхностном слое к правому берегу, а в придонном — к левому. Скорости поперечных течений невелики.

Взаимодействие продольного течения воды с поперечным также придает потоку винтовой характер, но очень слабый. Если направление поперечного течения на изгибах русла совпада­ет с направлением поперечного течения от вращения Земли, то вну­треннее винтовое течение усиливается, если же не совпадет — то уменьшается.

При подъемах воды возникают два винтовых течения, идущие от середины вверх, у поверхности — к берегам, а по дну — к середине. При спаде воды наблюдаются обратные циркуляцион­ные течения.При турбулентном характере движения речного потока, как было уже указано, скорость каждой частички воды непрерывно меняется. 

 Наименьшая скорость течения — у дна. Такое распределение скоростей течения по вертикали подвергается значительным изменениям под дей­ствием различных факторов. Например, при ветре, направление ко­торого совпадает с направлением течения, поверхностная скорость уве­личивается и наоборот. 

Распределение скоростей течения по вертикали в открытом речном русле (о) и русле с ледяным покровом (б) же вызывают перераспределение скоростей. В местах сжатия потока, например между устоями моста, скорости течения увеличиваются. В период скорость течения вблизи ледяного покрова быва­ет такая же, как у дна, или меньше, а наибольшая скорость Vmax (рис. 10, б) находится на расстоянии 0,3—0,4 глубины русла.

Изотахи— линии равных скоростей — распределяются по живому сечению реки в соответствии с очертанием попереч­ного профиля русла. Средние скорости течения уве­личиваются от берегов к середине русла. Местам с наибольшей глу­биной, как правило, соответствуют наибольшие скорости течения.

В судоводительской практике употребляется понятие стре­жень реки. Под ним подра­зумеваются места в реке с наиболь­шими глубиной и скоростями те­чения.

Скорости течения, м/с (км/ч), на отдельных участках крупных рав­нинных рек характеризуются следующими ориентировочными дан­ными:

Свободный плес в половодье . . . . . . 1,5—2,0(5,4—7,2)

Свободный плес в межень ....... 0,25—0,4(0,9—1,14)

Перекаты с быстрым течением ..... 1,5—2,0(5,4—7,2)

Перекаты с тихим течением ...... 0,5—1,0(1,9—3,6)

Тиховоды— медленные тече­ния, образующиеся за выпуклыми, бе­регами, крупными песчаными отложе­ниями в русле и т. п. При движении судна вверх для увеличения скоро­сти движения следуют по тиховоду. Водоворот — постоянное вра­щательное движение воды в русле. Водовороты нередко создают глубо­кие ямы (омуты) и являются типич­ными для горных и полугорных рек.

19. Влияние хозяйственной деятельности людей на режим рек.

 

Прежде всего следует учитывать, что природные воды используются комплексно, т. е. не только для водоснабжения, но и для многих других целей: орошения, гидроэнергетики, водного транспорта, лесосплава и др. При этом может осуществляться отбор воды из источника (водоснабжение, орошение) или только использование водоема без отбора воды (водный транспорт, лесосплав). Таким образом, можно различать водопотребителей и водопользователей.

Ряд крупных водопотребителей и водопользователей уже не может удовлетвориться использованием рек в их естественном состоянии. Как известно, для целей гидроэнергетики обычно осуществляется регулирование речного стока путем устройства плотин и образования водохранилищ, что дает возможность сезонного регулирования (аккумуляция паводковых вод), а иногда и многолетнего регулирования стока (т. е. накопление в водохранилищах в многоводные годы излишков воды и расходование их в маловодные годы).

Иногда количество воды, требуемой для некоторых крупных производственных предприятий, столь велико, что его можно получить из местных рек также только при условии регулирования их стока. К таким предприятиям прежде всего следует отнести тепловые электростанции. Регулирование речного стока осуществляется также и для целей орошения.

В результате широкого проведения мероприятий по регулированию речного стока многие реки в наиболее густо населенных и промышленно развитых районах превращаются постепенно в систему последовательно расположенных водохранилищ.

В результате проведения мероприятий по регулированию стока рек в настоящее время очень часто приходится использовать в качестве природных источников водоснабжения искусственно созданные водохранилища.

Изменение естественного гидрологического режима рек при устройстве плотин и водохранилищ в значительной мере сказывается на качестве речной воды и на сезонных колебаниях ее качества.

Существенным видом влияния хозяйственной деятельности людей на природные водоемы является сброс в них сточных вод городов и промышленных предприятий, а также смыв с сельскохозяйственных полей удобрений, ядохимикатов, пестицидов и т. п.

Количество сточных вод, сбрасываемых в водоемы, с каждым годом увеличивается и приводит к сильному их загрязнению и ухудшению качеств воды (особенно санитарных качеств).

Наиболее неблагоприятное влияние на санитарное состояние водоемов оказывают сточные воды промышленных предприятий, сбрасываемые в водоемы без надлежащей очистки. Трудность и высокая стоимость очистки сточных вод предприятий ряда отраслей промышленности задерживают своевременное строительство и пуск в эксплуатацию очистных сооружений производственной канализации.

В силу сложившейся обстановки в настоящее время многие реки з населенных и промышленно развитых районах уже в значительной степени загрязнены производственными стоками. Основными «загрязнителями» воды являются предприятия нефтеперерабатывающей, бумажно-целлюлозной, металлургической и ряда отраслей химической промышленности.

Громадное количество воды, сбрасываемой тепловыми станциями (после использования для конденсации пара), вызывает повышение температуры воды водоема, способствующее развитию фитопланктона, зарастанию и цветению водоема, повышению цветности воды, запахов и привкусов, т. е. ведет к существенному ухудшению санитарного состояния водоемов.

Влияние хозяйственной деятельности на сток весьма значительно. Причем человек воздействует как непосредственно па сток (его величину и распределение в году, особенно при постройке водохранилищ), так и на условия его формирования. При создании водохранилищ меняется режим реки: в период избытка вод происходит накопление их в водохранилищах, в период недостатка – использование на различные нужды, так что сток рек оказывается зарегулированным. Кроме того, сток таких рек в общем сокращается, ибо увеличивается испарение с водной поверхности, значительная часть воды расходуется на водоснабжение, орошение, обводнение, уменьшается подземное питание. Но эти неизбежные издержки с избытком перекрываются пользой от водохранилищ.

При переброске вод из одной речной системы в другую сток видоизменяется: в одной реке уменьшается, в другой – увеличивается. Например, при постройке канала имени Москвы (1937) в Волге он сократился, в реке Москве возрос. Другие транспортные каналы для переброски воды обычно не используются, например Волго-Балтийский, Беломорско-Балтийский, многочисленные каналы Западной Европы, Китая и др.

Большое значение для регулирования речного стока имеют мероприятия, выполняемые в бассейне реки, ибо его начальным звеном является склоновый сток на водосборе. Основные проводимые мероприятия следующие. Агролесомелиоративные – лесопосадки, гидромелиоративные – плотины и пруды в балках и на ручьях, агрономические – осенняя вспашка, снегонакопление и снегозадержание, пахота поперек склона или поконтурная на холмах и увалах, залужение склонов и др.

Помимо внутригодовой изменчивости стока, происходят его многолетние колебания, связанные, по-видимому, с 11-летними циклами солнечной активности. На большинстве рек отчетливо прослеживаются многоводные и маловодные периоды родолжительностью около 7 лет: в течение 7 лет водоносность реки превышает средние значения, половодья и межень высокие, столько же лет водоносность реки меньше среднегодовых значений, расходы воды во все фазы водного режима малы.

20.Происхождение озер и распределение их по территории.

О́зеро — компонент гидросферы, представляющий собой естественно возникший водоём, заполненный в пределах озёрной чаши (озёрного ложа) водой и не имеющий непосредственного соединения с морем (океаном).^[1] Озёра являются предметом изучения науки лимнологии.

По происхождению озёра делятся на:

Тектонические: образуются путём заполнения трещин в земной коре. Ярким примером тектонического озера является озеро Байкал.

Ледниковые: образуются тающим ледником. Типичным ледниковым озером, оставшимся от последнеголедникового периода является Арберзее, расположенное у подножья горы Большой Арбер (1456 м) — самой высокой горы Богемского леса.

Речные (или старицы).

Приморские (лагуны и лиманы). Наиболее известной лагуной является Венецианская, расположенная в северной части Адриатического моря.

Провальные (карстовые, термокарстовые). Особенностью некоторых провальных озёр является их периодическое исчезновение и появление, зависящие от своеобразной динамики подземных вод. Типичный представитель — озеро Эрцо в Южной Осетии.

Завально-запрудные: образуются при обрушении части горы (например, озеро Рица в Абхазии).

Горные: расположены в горных котловинах.

Кратерные: расположены в кратерах потухших вулканов и трубок взрыва. В Европе подобные озёра находятся в области Айфель (Германия). Возле них наблюдаются слабые проявления вулканической деятельности в виде горячих источников.

Искусственные (водохранилища, пруды). Создание таких озёр может быть самоцелью, например, для создания водохранилищ различного назначения. Нередко это создание связано с проведением более или менее значительных земляных работ. Но в ряде случаев такие озёра возникают как побочное следствие таких работ, например в выработанных карьерах.

Озера занимают приблизительно 2,7 млн. км2 – площадь, несколько большую, чем площадь Средиземного моря. Это составляет всего 1,8 % от площади всей суши.

В распределении озер по поверхности Земли (и по количеству, и по качественным особенностям) можно наблюдать определенные закономерности. В зонах тундры и лесов умеренного пояса много озер. Они пресные, часто проточные. Образованию их способствуют избыточное увлажнение и характер поверхности. В тундровой зоне – в условиях молодого (послеледникового) рельефа с малой эрозионной расчлененностью – много озер неглубоких и небольших. В лесной зоне рельеф имеет разный возраст и происхождение. Поэтому озерные котловины разнообразны и распределяются группами, образуя озерные области.

В степной зоне озер меньше, чем в двух предыдущих зонах; многие озера соленые. Увлажнение недостаточное, эрозионное расчленение значительное. Там, где расчленение невелико (Западная Сибирь), возникают неглубокие, часто соленые озера.

Воду приносят реки, заканчивающиеся озерами. В зоне пустынь озер почти нет.В зонах саванны и влажных тропических лесов озер немного вследствие большого развития речной сети. Образованию великих африканских озер способствовали глубокие тектонические котловины. Озера этих зон пресные, проточные.

Билет № 21

Озерные котловины - впадины земной коры с замкнутыми в них водоемами. Озерные котловины имеют дно (ложе), склоныподводной чаши (ванны) до уровня наибольшего подъема воды, береговую полосу и склоны. По происхождению выделяют более 30 видов озерных котловин, из которых наиболее важны:

1. Тектонические - в прогибах (мульдах), например Аральское море, в сбросах (Байкал, Танганьика), вулканические (Кроноцкое озеро).

2. Экзогенные - самые многочисленные: старицы, лиманы, подпрудные обвалами или пересыпями, ледниковые, термокарстовые, карстовые,просадочные и другие.

3. Искусственные - водохранилища, пруды.

Озерные котловины - накопители лечебных грязей и солей, многочисленных осадочных руд, а в северной тайге иногда торфа.

Происхождение озерных котловин

Озерные котловины могут быть как эндогенного, так и экзогенного происхождения, что самым существенным образом отражается на их размерах, форме, водном режиме.

Самые крупные озерные котловины тектонического происхождения. Они расположены либо в простых тектонических структурах – в синеклизах на равнинах (Ильмень, Чад), либо в предгорных и межгорных прогибах (Балхаш), либо в грабенах-рифтах (Байкал, Ньяса, Танганьика). Но большинство крупных озерных котловин имеет сложное тектоническое происхождение, в их образовании участвуют как вогнутые складки, так и разрывы земной коры (Иссык-Куль. Виктория и др.). Все тектонические озера отличаются большими размерами и значительными глубинами, а рифтовые – вытянутой и узкой формой в плане, очень большой глубиной, крутыми склонами. Днища многих глубоких озер лежат ниже уровня Мирового океана, имея зеркало воды выше уровня,– это криптодепрессии (Байкал, Ладожское и др.). В расположении тектонических озер наблюдаются определенные закономерности: они сосредоточены вдоль разломов земной коры (Сирийско-Африканская и Байкальская рифтовые зоны) либо обрамляют щиты: вдоль Канадского щита расположились Большое Медвежье, Большое Невольничье, Виннипег, Атабаска, Великие Северо-Американские озера; вдоль Балтийского щита – Выгозеро, Сегозеро, Онежское, Ладожское и др.

Вулканические озера занимают кратеры и кальдеры потухших вулканов или углубления на поверхности застывших лавовых потоков (Кроноцкое озеро на Камчатке, озера Явы, Новой Зеландии).

Наряду с озерными котловинами, созданными внутренними процессами Земли, весьма многочисленны озерные ванны, образовавшиеся вследствие экзогенных процессов.

Среди них наиболее распространены ледниковые (моренные) озера на равнинах и в горах, как в котловинах, выпаханных ледником, так и в понижениях между холмами при неравномерном отложении морены. Разрушительной деятельности древних ледников обязаны своим происхождением озера Карелии и Финляндии, которые вытянуты по направлению движения ледника с северо-запада на юго-восток вдоль тектонических трещин (фактически они смешанного ледниково-тектонического происхождения, как и Ладожское, Онежское и некоторые другие озера по периферии Балтийского и Канадского щитов). К ледниковым котловинам в горах относятся многочисленные небольшие каровые озера в чашеобразных углублениях на склонах гор ниже снеговой границы (в Альпах, на Кавказе, Алтае) и троговые озера – в корытообразных долинах в горах (Женевское, Боденское). С неравномерной аккумуляцией ледниковых отложений связаны озера среди холмистого моренного рельефа: на северо-западе Восточно-Европейской равнины, особенно на Валдайской возвышенности, в Прибалтике, Польше. Германии, Канаде и севере США. Эти озера обычно неглубокие, широкие, с лопастными берегами, с островами (Селигер, Валдайское и др.). В горах такие концевые озера возникли на месте бывших языков ледников (Комо, Гарда в Альпах). В областях былых оледенений многочисленны озера в ложбинах стока талых ледниковых вод – они удлиненные, корытообразной формы, обычно небольшие и неглубокие (Долгое, Круглое на Клинско-Дмитровской гряде).

Классификация озерных котловин

Происхождение	Пояснение	Примеры
Тектонические	Образуются в понижениях, возникших в результате тектонических движений земной коры (трещины, сбросы)	Байкал, Танганьика, Ладожское, Онеж­ское, Иссык-Куль, Севан, Эри, Онтарио, Гурон, Мичиган, Верхнее и др.
Вулканические	Возникают в кратерах потухших вулканов	Многие озера Исландии, Италии, Япо­нии, Новой Зеландии, Камчатки, Закав­казья, Америки и др.
Завальные	При обвалах и оползнях с перемещением больших масс горных пород на дно речных долин с их пере­крытием, что приводит к образованию озер	Сарезское (возникло в 1911 г.) на Пами­ре, некоторые альпийские озера
Ледниковые	Эрозия и аккумуляция материала при перемещении ледников и их таянии	Озерные области Европы (Англия, Се­веро-Запад России, Прибалтика), Си­бирь, Северная Америка
Карстовые	Возникают в районах распространения известняков, доломитов, гипсов. К этой же группе примыкают и термокарстовые озера, образовавшиеся в результате таяния льда зоны вечной мерзлоты	Озера Югославии, Поволжья, Архангель­ской области, юга Сибири, Америки (Фло­рида, Индиана, Теннесси и другие штаты). Озера Якутии, Ямала, Большеземельской тундры, Севера Канады и Аляски
Речные (водно-эрозийные и водно-аккумуля­тивные) и у побережий морей и крупных озер	Возникают в результате русловой эрозии рек и побере­жья морей (старицы, плесовые озера, дельтовые, лагуны и лиманы морских побережий). Фиорды - отделенные наносами и завалами в результате поднятия берегов В результате выдувания или эрозии обломочного материала и переотложения песка между дюнами	Озера в районе равнинных рек, дельт рек (Волга, Лена, Миссисипи, Нил и др.), лагуны и лиманы многих морей и крупных озер.
Эоловые	В результате выдувания или эрозии обломочного материала и переотложения песка между дюнами	Некоторые озера Австралии, Южной Африки и Америки, Казахстана, Сред­ней Азии, Прибалтики и др.
Органогенные	Возникают на болотах и на местах выгорания торфа	Карелия, Кольский полуостров, Сибирь, Север Северной Америки
Метеоритные	Возникают в результате падения метеоритов, комет и астероидов	Эльгыгытган (Чукотка). На острове Саарема (Эстония), Янисъярви (Каре­лия), Чабб (Канада), Босумтви (Гана), Лонар (Индия)
Смешанные (гетероген­ные)	Тектонико-ледниковые	Озера Карелии (Ладожское,Онежское, Паанаярви, Токозеро, Сегозеро), Коль­ского полуострова, Швеции, Финляндии, Северной Америки, Телецкое в Сибири
Деятельность животных	В лесных зонах бобры строят плотины на водотоках, где возникают водоемы замедленного водообмена	Озера бобровых плотин в лесных зонах
Антропогенные	Водохранилища, пруды, водоемы, возникшие на месте копей, карьеров	По всему миру

Билет № 22

Морфометрические характеристики водных объектов

К морфометрическим характеристикам относятся количественные показатели водных объектов и их водосборов. Морфометрические характеристики могут быть разделены на следующие группы:

морфометрические характеристики водотоков: длина, средний уклон, координаты продольного профиля, извилистость, координаты поперечного профиля;

морфометрические характеристики водоемов: площадь водоема, площадь водосбора, уровень воды, нормальный подпорный уровень водохранилища, средняя глубина, макс. глубина, объём озера, объём водохранилища (полный и полезный), длина, максимальная ширина и координаты батиграфических кривых (площадей и объёмов) водоема;

морфометрические характеристики водосборов, из них основные — площадь, средняя высота, средний уклон склонов, густота речной сети, площадь замкнутых впадин, координаты гипсографической кривой, коэффициент канализованности речной сети.

Морфологические характеристики водосборов — качественно-количественные показатели, характеризующие особенности строения водосбора. К ним относятся озерность, средняя взвешенная озерность, количество и суммарная площадь естественных сточных и бессточных водоемов, заболоченность, распаханность, лесистость, оледененность, урбанизированность, закарстованность, характер почво-грунтов, мерзлотность.

Абсолютное большинство гидрографических характеристик (кроме координат поперечного профиля водотока, закарстованности и почво-грунто водосбора) определяются по топографическим картам крупного масштаба (1:10000 — 1:100000) путем проведения специальных картометрических работ. Точность получаемой с карты гидрографической информации зависит в первую очередь от масштаба, в котором составлена карта. Чем крупнее масштаб используемой карты, тем выше точность определяемых по ней гидрографических характеристик. Известно, что с переходом к картам более мелкого масштаба изменяются как качественные, так и количественные показатели гидрографических характеристик в результате отбора и обобщения изображаемых объектов. Однако использование крупномасштабных карт, обеспечивая высокую точность определяемых гидрографических характеристик, резко увеличивает объём картометрических работ. Для предварительного выбора рабочего масштаба пользуются следующей таблицей (F — площадь водосбора) :^[2]

Характер местности	F<10  км²	10<F<50 кв.км	50<F<200 кв.км	F>200  км²
Равнинные, пустынные и заболоченные слаборасчлененные районы	1:10000	1:25000	1:50000	1:100000
Горные и холмистые сильнорасчлененные районы	1:25000	1:50000	1:100000	1:100000

Билет № 23

Физико-географические характеристики водных объектов

Наименование водохранилища (пруда)

Расстояние от устья реки (км), координаты водного объекта на картосхеме

Отметки НПУ (м) УМО (м)

Площадь зеркала при НПУ (км²)

Объем водохранилища (млн.м³) полный, полезный

Тип регулирования

Дополнительное испарение в средний по водности год (млн.м³/год)

Среднемноголетний сток в створе плотины водохранилища (млн.м³/год)

Водопользователи

Билет № 24

Водный баланс - соотношение за какой-либо промежуток времени (год, месяц, декаду и т.д.) прихода, расхода и аккумуляции воды для речного бассейна или участка территории, для озера, болота или др. водного объекта. Основные элементы водного баланса - атмосферные осадки, испарение и сток воды. Все элементы могут быть выражены в объемных единицах (м3 или км3) или в величинах слоя воды, отнесенной к площади земной поверхности (мм).

Для суши земного шара (имеющей сток в океан) испарение равно количеству выпадающих осадков за вычетом речного стока и подземного стока в океан (минующего речную сеть), дляМирового океана — атмосферным осадкам, речному стоку и притоку подземных вод с материков, для замкнутых ("бессточных") областей суши и всей Земли в целом испарение соответствует осадкам (табл.). Для балансовой оценки возобновимых в процессе круговорота воды водных ресурсов крупных территорий и прогноза изменений водного баланса используются уравнения

R = U + S; W = Р — S = Е + U; Р = U + S + Е, где

U — подземный сток в реки из зоны активного водообмена земной коры;

S — поверхностный (паводочный) сток;

W — валовое увлажнение территории (в общем виде — ресурсы почвенной влаги);

R — речной сток;

R — атмосферные осадки;

Е — испарение. 

Водный баланс озери водохранилищ

Водный баланс озёр определяется по притоку поверхностных, подземных вод и поступающих на акваторию атмосферных осадков, а также расходных частей — речного стока из озёр и испарения с их поверхности. При этом учитывается изменение уровня озёр за рассматриваемый интервал времени. Аналогичная схема применяется для расчёта водного баланса водохранилищ. 

По водному балансу озёра делятся на:

Сточные (имеют сток, преимущественно в виде реки).

Бессточные (не имеют поверхностного стока или подземного отвода воды в соседние водосборы. Расход воды происходит за счет испарения).

Билет №25

Водообмен – совокупность физических процессов, приводящих к смене воды в водном объекте, замещению одних водных масс, находящихся в нем, другими водными массами (с иными свойствами), поступающими в него из сопредельных объектов гидросферы. Различают В. внешний и внутренний.

Существенным аспектом водного баланса озер являются темпы водообмена. Эта характеристика определяется либо временем полной смены воды в озере (в годах), который выражается через отношение объема озера к годовому стоку воды из него, либо через обратную величину, называемую коэффициентом водообмена водоема. Время полной смены воды может быть очень коротким - одна неделя и менее, что соответствует коэффициенту водообмена 50 раз в год - у водохранилищ, расположенных на реках выше плотин, но может быть и длительным - до 500 лет, с годовым коэффициентом водообмена 0,002 (как у оз. Верхнего). Водоемы с более коротким циклом полной смены воды (и, соответственно, с высокими коэффициентами водообмена) быстрее очищаются от загрязняющих веществ и в целом имеют более низкие их концентрации.

Транзитно-аккумуляционные возможности озера ну никак не могу найти!)

Вопрос 26

Уровенный режим озёр. Батиграфические и объемные кривые.

Уровенный режим озер.

Уровенный режим озер определяется комплексом следующих природных условий:

а) соотношением между приходной (осадки на зеркало озера, поверхностный приток, подземный приток) и расходной частью водного баланса озера (испарение, поверхностный и подземный сток из озера);

б) морфометрическими характеристиками озерной чаши и озерной котловины (соотношение между высотой стояния воды в озере и площадью его водного зеркала);

в) размерами озера, его формой, характером берегов, характером ветровой деятельности, определяющим размеры волн, сгонов и нагонов уровня.

Колебания уровня озера могут быть сведены к следующим трем основным видам: сезонные, годовые и кратковременные.

Иногда колебания уровня в годовом (сезонные) и многолетнем периоде, отражающие режим притока и убыли воды в озере, называют абсолютными колебаниями, а кратковременные, которые происходят одновременно с абсолютными изменениями уровня, называют относительными колебаниями.

Батиграфические и объемные кривые.

Кривая изменения площади с глубиной (батиграфическая кривая) — график связи между площадью горизонтального сечения озера на некоторой глубине и этой глубиной.

Кривая изменения объёма озера (кривая объёмов) — график связи между объёмом воды, находящимся ниже горизонтального сечения озера на некоторой глубине и этой глубиной. Батиграфическая кривая и кривая объёмов дают возможность определить величину зеркала и объёма воды для любого уровня, что необходимо знать при всех расчетах эффективности технических мероприятий, связанных с изменением уровня и объёма озера.

Вопрос 27

Движение озёрных вод. Классификация по видам движения.

Движение озерной воды

Движение озерных вод может быть поступательным (течения, перемешивание) и колебательным (волны, сейшы). В большинстве случаев оба вида движения сочетаются.

Также движение может быть постоянным или временным. Временное возникает под влиянием тех или иных причин, оказывающих на водную массу непостоянное воздействие, как например ветер.

Волны. В случае взаимодействия потока воздуха (ветра) с поверхностью озера возникает колебательное движение частиц воды вверх и вниз по некоторой замкнутой траектории. Оно обусловлено тем, что каждая частица воды, поднятая выше среднего уровня (средней волновой линии) стремится под влиянием силы тяжести опуститься вниз и вследствие инерции опускается еще ниже, затем под действием ветра снова поднимается. К этому чисто колебательному движению присоединяется сравнительно небольшое поступательное движение воды, гонимой ветром. Так образуется волнообразное движение воды, увеличивающееся по мере усиления ветра.

Сечение нескольких последовательных волн вертикальной плоскостью в главном направлении их движения, представляет волновой профиль, который характеризуется следующими элементами. Часть волны, расположенная выше средней волновой линии, называется гребнем, нижем ее – впадиной (ложбиной). Наивысшая точка волны – вершина, наинизшая – подошва. Расстояние между двумя последовательными гребнями или подошвами двух волн – длина волны (λв), расстояние по вертикали между гребнем и подошвой – высота волны (hв). Отношение высоты волны к ее длине характеризует крутизну волны. Промежуток времени, в течение которого волна проходит путь, равный ее длине, называется периодом волны (τв). Скорость волны (св) – это расстояние, проходимое какой-нибудь точкой ее (например, гребнем) в единицу времени.

Обрушение волн у берега называется п р и б о е м, на мелководье в открытой части – б у р у н о м.

Течения – горизонтальные перемещения воды под действием различных гидрометеорологических факторов: ветра, притока с водосбора и стока из водоема, неоднородности плотности воды, изменения атмосферного давления и др. Течения характеризуются скоростью и направлением.

К постоянным поступательным движениям относятся стоковые течения, характерные лишь для небольших проточных озер. Этот вид движения воды можно рассматривать как частный случай речного течения при значительном увеличении ширины русла и соответственном уменьшении скорости. При относительно большом объеме озера эти течения имеют значение лишь в той части водоема, которая непосредственно прилегает к истоку устью рек. В устьевой части впадающей реки течение имеет характер инерционного постепенно затухающего движения. А вблизи истока происходит постепенное нарастание скорости струй, собирающихся в русле реки, вытекающей из озера.

Временное поступательное движение воды возникает под воздействием ветра. Это так называемые сгонные и нагонные течения, величина которых зависит от ряда различных факторов, основными из которых естественно является скорость ветра, а также величина разгона ветра, то есть длина прямолинейного участка водной поверхности, совпадающего по направлению с направлением ветра.

Можно также отметить, в противовес поступательному ветровому движению воды, возникает донное течение обратного направления, компенсирующего его.

Сейши. Под влиянием различных сил в водоемах возникают перекосы водной поверхности (денивеляции). После прекращения силы, вызывавшей денивеляцию, вся водная масса, стремясь возвратиться в состояние равновесия, приходит в колебательное движение. Эти колебания (стоячие волны), постепенно затухающие под действием сил трения, называются с е й ш а м и. Основные причины возникновения сейш: резкое изменение атмосферного давления в различных частях озера и ветер, вызывающий сгонно-нагонный перекос уровня. Поверхность воды озера при сейшах приобретает уклон то в одну, то в другую сторону.

Неподвижная ось, около которой колеблется водная поверхность, называется узлом. Сейши могут быть одноузловые, двух узловые и т.д. Сейши –– это колебания с большим периодом и небольшой высотой.

Изучать сейши необходимо для правильного установления среднего уровня воды в озере. Сейши воздействуют на некоторые элементы гидрологического режима – вызывают колебания температуры, содержание кислорода, взвесей на различных глубинах, водообмен между открытыми и прибрежными районами.