4.7 Метеорологічні вишукування

Метеорологічні вишукування виконуються з метою з’ясування різних фізико-метеорологічних процесів та явищ, що відбуваються в атмосфері та діючому прошарку ґрунтів, на проектні та житлово-експлуатаційні характеристики споруд, на їх надійність та довговічність.

Інженерно-метеорологічні вишукування містять:

• визначення кліматичних характеристик території (екстремальні та середні значення температури й вологості повітря, дати переходу середньої добової температури повітря через задані значення, тривалість періодів з температурою повітря вищою і нижчою заданих значень, кількість та інтенсивність атмосферних опадів, добовий максимум і максимальні інтенсивності опадів, найбільша висота снігового покриву і глибина промерзання ґрунту, розподіл швидкостей, напрямків вітру на рівні земної поверхні й на висотах, максимальна товщина стінки ожеледі, тривалість теплого і холодного періодів, дати появи, встановлення, руйнування та сходження снігового покриву, атмосферні явища тощо);

• оцінювання ймовірності проявів на цій території небезпечних метеорологічних явищ і процесів (морози, посухи, зливи, снігопади, сильні вітри, смерчі, грози, пилові бурі, вітрова ерозія тощо), прогнозування небезпечних явищ і оцінювання очікуваних для об’єкта ризиків;

• оцінювання на майданчику проектованого об’єкта: мікрокліматичних умов, випарів у атмосферу, особливостей розсіювання шкідливих домішок і забруднення атмосферного повітря тощо.

Основні метеорологічні елементи: сонячна радіація, температура повітря та ґрунтів, швидкість та напрямок повітря, тривалість сонячного сяйва та хмарності, атмосферний тиск, вологість повітря, кількість твердих та рідких опадів, випаровування. Спостереження за цими характеристиками ведуть на метеорологічних станціях.

Променева енергія Сонця, складається з прямої та розсіяної радіації, що приходиться на земну поверхню, називається сумарною радіацією . На земній поверхні відбувається перерозподіл сонячної радіації, яка поступає. Частина її поглинається земною поверхнею, а частина відображається від землі в атмосферу. Алгебраїчна сума приходних та витратних складових радіації називається радіаційним балансом, Дж/(м²·год)

, (4.58)

де – поглинена короткохвильова радіація;

–альбедо – властивість земної поверхні відображувати;

–ефективне випромінювання земної поверхні.

Сумарну радіацію вимірюють термоелектричним піранометром, радіаційний баланс – термоелектричним балансоміром 6 раз за добу. Радіаційний баланс діяльної поверхні визначає значення та знак потоків теплоти в повітрі та на ґрунті, випаровування та конденсацію та, відповідно, термічний режим повітря.

Температуру повітря характеризують на основі показників термометрів, що розміщені з метою захисту від сонячної радіації в психометричній будці на висоті 2 м від поверхні землі. Добовий хід температури повітря характеризується за даними термографів. Результати вимірювань узагальнюють у вигляді таблиць середніх місячних та річних температур повітря, середніх та абсолютних мінімумів та максимумів температур, суми середніх добових температур повітря нижче мінус 15, мінус 10, мінус 5, 0, та вище 0,5, 10, 15, дати першого та останнього заморозків та тривалості безморозного періоду та ін.

Атмосферний тиск – це сила гідростатичного тиску повітря, який рівномірно діє на одиницю площі (Па – паскаль). Його вимірюють ртутним стовпом (барометром), анероїдами, термобарометрами та барографами.

Вологість повітря характеризується пружністю водяної пари, відносною вологістю повітря та недоліком насичення повітря водяною парою.

Пружність водяної пари – парціальний тиск водяної пари, що знаходиться в повітрі. Абсолютна вологість повітря– це маса водяної пари, що є в одиниці об’єму повітря, мм

, (4.59)

де – пружність водяної пари, мм;

–температура повітря;

–коефіцієнт розширення повітря при абсолютному тиску.

Відносна вологість – відношення пружності пари, що вміщується в повітрі, до пружності насиченої пари при даній температурі

, (4.60)

де – максимальна можлива пружність водяної пари при даній температурі.

Дефіцит вологості повітря – різниця між пружністю пари, що насичує простір при даній температурі, та пружністю пари, що фактично вміщується в повітріе на даному рівні

. (4.61)

Атмосферні опади характеризуються кількістю, тривалістю та видом (сніг, дощ або змішані атмосферні опади). Величини опадів вимірюють опадомірами, що встановлені на висоті 2 м над поверхнею землі, та плювіографами, що реєструють кількість, тривалість та інтенсивність дощу. Результати вимірювань опадів узагальнюють у вигляді таблиць середніх місячних та річних значень, найбільших та найменших місячних та річних опадів різної забезпеченості, добових максимумів опадів різної забезпеченості, максимальної інтенсивності опадів, числа днів з опадами різної забезпеченості та інш. Сніговий покрив характеризується за результатами спостережень за рейкою, що встановлена на захищених від вітру ділянках, та матеріалами снігозйомок. Матеріали спостережень узагальнюються у вигляді таблиць середньої декадної висоти снігового покриву, запасів води, висоти та щільності снігового покриву за снігозйомками на останній день декади, дат утворення та руйнування стійкого покриву різної забезпеченості, найбільших декадних висот снігового покриву різної забезпеченості.

Вітровий режим характеризується напрямком та швидкістю вітру. Швидкість вітру – вектор, горизонтальна складова якого значно більша вертикальної. При спостереженнях швидкість вітру характеризує її горизонтальна складова (м/с, км/ч). Напрямок вітру визначають географічним азимутом або румбом (16 румбів). Швидкість та напрямок вітру вимірюють на висоті 10…12м флюгерами, анеморумбографами, а швидкості – тільки анемометрами. Швидкість вітру характеризують в балах за шкалою Бофорта (від 0 до 12 балів).

Опрацьовані результати спостережень над швидкістю та напрямком вітру зображують у вигляді рози вітрів (рис.4.8), яку будують в такій послідовності. Спостереження за вітром групують по 8 або 16 румбах та визначають відсоток повторюваності кожного напрямку вітру. Після цього розподіляють спостереження за групами та швидкостями. Обравши масштаб для відсотка повторюваності вітру, з центра описують коло, радіус якого дорівнює відсотку повторюваності штилів. З цього кола послідовно відкладають відсотки повторюваності вітрів різної швидкості. Після цього з’єднують прямими точками з однаковими швидкостями та отримують розу вітрів. Для наочності площі з однаковими швидкостями покривають різною штриховкою або фарбами.

Частина атмосферних опадів, що поступають до земної поверхні, в процесі тепловологообміну перетворюється в пароподібний стан, тобто випаровується.

Рисунок 4.8 – Роза вітрів

Для вимірювання випаровування застосовують гідравлічні та вагові випаровувачі. Для вивчення динаміки випаровування у взаємозв’язку з ґрунтовими водами застосовують лізиметри, тобто пристрої, які охоплюють елементарну ділянку зони аерації в натуральному масштабі по глибині та з моделлю водоносного шару. Для визначення випаровування широко застосовують розрахункові залежності, що основані на розв'язках рівнянь теплового та водного балансів, турбулентної дифузії, а також емпіричної залежності від ряду метеорологічних параметрів.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Склад інженерно-гідрометеорологічних вишукувань.

2. Джерела гідролого-кліматичної інформації.

3. Які основні фізичні параметри стану атмосфери?

4. Які закони теплового випромінювання використовують при вивченні сонячної радіації, земного і атмосферного випромінювання?

5. Що таке сумарна радіація?

6. Як визначається ефективне випромінювання Землі?

7. Як визначається радіаційний баланс земної поверхні?

8. Як визначається тепловий режим атмосфери?

9. Як визначається вертикальний температурний градієнт?

10. Що таке рівень конвекції ?

11. Як визначається кількість водяної пари в атмосфері?

12. Що таке абсолютна вологість, відносна вологість?

13. Що таке вологовміст ?

14. Що таке дефіцит точки роси ?

15. Як визначається атмосферний тиск ?

16. Що таке баричний ступінь?

17. Як визначається вертикальний баричний градієнт, горизонтальний баричний градієнт?

18. Що зображують ізобари?

19. Як визначається швидкість вітру?

20. Що називають повітряними масами?

21. Що таке загальна циркуляція атмосфери?

22. Для чого виконують гідрографічні дослідження?

23. Характеристика водних об’єктів.

24. Які основні морфологічні характеристики русла річки?

25. Що таке гідрографічна мережа?

26. Що таке хімічний стік річок?

27. Як розрізняють умови залягання підземних вод?

28. Для чого виконуються гідрометричні роботи?

29. Як виконуються гідрологічні розрахунки?

30. Що таке метеорологічні вишукування?