- •Предисловие
- •§ 1. Гидрология как наука
- •§ 2. Основные понятия
- •§ 1. Вода как вещество, её молекулярная структура и изотопный состав
- •§ 2. Химические свойства воды
- •§3. Физические свойства воды и географические следствия
- •§ 4 Агрегатное состояние воды и фазовые переходы
- •§5. Малоизученные свойства воды
- •§ 1. Фундаментальные законы физики и их использование при изучении водных объектов
- •§2. Водный баланс
- •§3. Тепловой баланс
- •Круговорот воды в природе и водные ресурсы Земли
- •§ 1. Происхождение воды на Земле
- •§ 2. Изменение количества воды на Земле
- •§ 3. Круговорот воды в природе
- •§ 4. Круговорот содержащихся в воде веществ
- •§5. Водные ресурсы Земли
- •§1. Происхождение ледников и их распространение на земном шаре. Снеговая линия.
- •§2. Типы ледников
- •§3. Образование и строение ледников
- •§4. Питание ледника
- •§5. Режим и движение ледников
- •§6. Влияние на природную среду и практическое значение ледников
- •§ 1. Происхождение и распространение подземных вод на Земле
- •§2. Виды воды в порах горных пород и грунтов
- •§3. Классификации подземных вод
- •§4. Воды зоны аэрации
- •§5. Воды зоны насыщения. Грунтовые воды
- •§6. Движение подземных вод
- •§7. Режим подземных вод
- •§8. Влияние подземных вод на природную среду и их практическое значение
- •§1. Реки и их распространение на земном шаре
- •§2. Типы рек
- •§3. Морфология и морфометрия реки и ее бассейна
- •§4. Питание рек
- •§5. Водный режим рек
- •§6. Речной сток
- •§7. Движение воды в реках
- •§8. Движение речных наносов
- •§9. Термический и ледовый режим рек
- •§10. Гидрохимический режим рек
- •§11. Устья рек
- •§12. Хозяйственное значение рек и антропогенное влияние на реки
- •§13. Реки Крыма и Украины
- •§ 1. Происхождение озер и их распространение на земном шаре
- •§ 2. Типы озер
- •§ 3. Морфология и морфометрия озер
- •§ 4. Водный баланс озер
- •§ 5. Водный режим озера
- •§ 6. Термический режим озера
- •§ 7. Ледовый режим озер
- •§ 8. Гидрохимические характеристики озер
- •§ 9. Гидробиологические характеристики озер
- •§ 10. Донные отложения в озерах
- •§ 11. Влияние озер на природную среду и их практическое значение
- •§ 1. Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре
- •§ 2. Типы водохранилищ
- •§ 3. Морфометрические характеристики водохранилищ
- •§ 4. Гидрологический режим водохранилищ
- •§ 5. Формирование берегов и заиление
- •§ 6. Влияние водохранилищ на природную среду
- •§ 7. Водохранилища Крыма и Украины
- •§ 1. Происхождение болот и их распространение на земном шаре
- •§ 2. Типы болот
- •§ 3. Морфология, строение и гидрография торфяных болот
- •§ 4. Развитие и гидрологический режим болот
- •§ 5. Мелиорация болот и их практическое значение
- •§ 1. Океаны и их распространенность на земном шаре
- •§ 2. Моря и их классификация
- •§ 3. Заливы и проливы
- •§ 4. Дно Мирового океана
- •§ 5. Донные отложения океана
- •§ 1. Солевой состав и генезис вод океана
- •§ 2. Соленость морской воды и ее распределение в океане
- •§ 3. Термические особенности вод Мирового океана
- •§ 4. Плотность вод и ее распределение в океане
- •§1. Льдообразование в море
- •§ 2. Физические свойства морского льда
- •§ 3. Классификация морских льдов
- •§ 4. Ледовитость океанов и морей
- •§ 5. Движение морских льдов
- •§ 1. Волнение
- •§ 2. Волны зыби и элементы волны
- •§ 3. Ветровые волны
- •§ 4. Волны цунами
- •§ 5. Сейши
- •§ 6. Внутренние волны
- •§ 1. Приливы
- •§ 2. Элементы приливной волны
- •§ 3. Приливообразующая сила
- •§ 4. Деформации приливной волны у берега
- •§ 5. Котидальные карты приливов
- •§ 1. Происхождение морских течений и их классификация
- •§ 2. Теория ветровых течений
- •§ 3. Плотностные течения
- •§ 4. Циркуляция вод в Мировом океане
- •§1. Уровень моря. Нуль глубин
- •§2. Изменения уровня моря
- •§ 3. Водные массы океана
- •§1. Биологические ресурсы
- •§2. Минеральные ресурсы
- •§3. Энергетические ресурсы
- •§1. Антропогенное загрязнение Мирового океана
- •§2. Экологические проблемы Азовского моря
- •§3. Экологические проблемы Черного моря
- •§4. Прогнозы экологических изменений Мирового океана
- •Оглавление
- •95007, Симферополь, пр. Вернадского 4
§ 1. Фундаментальные законы физики и их использование при изучении водных объектов
Гидрологические процессы протекают в соответствии с фундаментальными законами физики, поэтому гидрология широко использует эти законы классической физики.
а) Закон сохранения вещества (массы) означает неизменность массы в замкнутой изолированной системе.
Количественным выражением этого закона для водных объектов служат уравнения баланса воды, наносов и растворённых веществ:
m = m+ – m– (1)
где m - изменение за определенное время t массы вещества в пределах водного объекта или контура; m+ - масса вещества, поступающего к данному объекту извне и образующегося из других веществ в пределах объекта; m– - масса вещества, удаляемого за пределы объекта и затрачиваемого при его преобразовании в другие вещества в пределах объекта.
б) Закон сохранения тепловой энергии характеризует неизменность энергии в замкнутой изолированной системе с учётом перехода одного вида энергии в другой. Выражением этого закона применительно к водному объекту служит уравнение теплового баланса для интервала времени t:
Q = Q+ - Q– (2)
где Q – изменение за время t содержания теплоты в водном объекте; Q+ - тепло, поступающее к водному объекту извне, а также выделяющееся в пределах объекта при льдообразовании, конденсации пара, разложении веществ и т.д.; Q– - теплота, удаляемая за пределы объекта и также затрачиваемая в пределах объекта на испарение воды, плавление льда, биохимические процессы.
в) Закон сохранения механической энергии означает, что полная энергия остаётся постоянной с учётом потерь энергии на трение (диссипация энергии Едис.). Его записывают в виде:
Е = Епот. + Екин. + Едис (3)
где Е – полная энергия; Епот. – потенциальная; Екин. - кинетическая.
Применительно к водным объектам этот закон определяет характер перехода потенциальной энергии покоящейся воды в кинетическую энергию движущегося водного потока.
г) Закон изменения количества движения (импульса) означает, что это изменение импульса открытой системы равно сумме всех внешних сил, действующих на эту систему. Выражением закона применительно к любому объёму воды служит уравнение движения:
(4)
где m – масса объёма воды, – изменение средней скорости движения этого объёма, F – сумма, действующих на этот объём внешних объёмных и поверхностных сил.
Этот закон лежит в основе закономерностей динамики вод во всех водных объектах.
§2. Водный баланс
Водный баланс – это количественная характеристика влагооборота. Она представляет собой алгебраическую сумму всех форм прихода и расхода влаги (воды) и является количественным выражением закона сохранения вещества для водных объектов.
Уравнение водного баланса следующее:
x + y1 +w1 + z1 = y2 + w2 +z2 u (5)
где x – атмосферные осадки на поверхность водного объекта или контура ;
y1 - поверхностный приток воды;
w1 - подземный приток воды извне;
z1 - конденсация водяного пара.
y2 - поверхностный отток воды за пределы объекта;
w2 - подземный отток;
z2 - испарение;
u - изменение количества воды в пределах водного объекта или контура.
Метод водного баланса широко используется с целью определения средней многолетней величины речного стока, колебаний уровней озёр и морей, режима ледников, оценки водных ресурсов и их рационального использования.
Кроме того, изучается и баланс содержащихся в воде во взвешенном и растворённом состоянии различных веществ (наносы, взвеси, соли, газы) с использованием формулы закона сохранения массы этих веществ (1).