
- •Введение. Методологические основы гидрофизики
- •1. Исторические основы и структура гидрофизики как науки
- •2. Системно-методологические основы и проблемы гидрофизики
- •1. Молекулярная физика воды в трех ее агрегатных состояниях
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Строение молекулы воды
- •1.3. Понятие о молекулярно-кинетической теории вещества и воды
- •1.4. Структура воды в трех ее агрегатных состояниях
- •Молекулярный состав льда, воды и водяного пара, %
- •2. Физические свойства воды, водяного пара, льда и снега
- •2.1. Физические свойства воды
- •Приравняв (2.22) и (2.23), получим
- •2.2. Физические свойства водяного пара в атмосфере
- •2.3. Лед и его физические свойства
- •3. Физико-механические и теплофизические свойства льда и шуги.
- •Значения предела прочности льда, Па
- •2.4. Физические свойства снега и снежного покрова
- •2.5. Физико-механические процессы, протекающие в снежном покрове
- •3. Основные положения теплообмена
- •3.1. Теплота. Температура. Температурное поле
- •3.2. Тепловой поток. Коэффициент теплопроводности
- •3.3. Теплопередача и теплоотдача
- •3.4. Количественная оценка конвективной теплоотдачи
- •3.5. Количественная оценка лучистого теплообмена
- •3.6. Количественная оценка теплоты при изменении агрегатного состояния вещества
- •3.7. Количественная оценка теплопередачи
- •3.8. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •3.9. Дифференциальное уравнение теплопроводности с источником теплоты
- •3.10. Условия однозначности
- •3.11. Методы решения задач
- •3.12. Определение коэффициента теплопроводности
- •3.13. Определение коэффициента температуропроводности методом регулярного режима
- •3.14. Определение коэффициента температуропроводности по полевым наблюдениям
- •4. Стационарное температурное поле
- •4.1. Теплопроводность плоского тела
- •5. Гидротермический расчет водоемов и водотоков
- •5.1. Дифференциальное уравнение температурного поля турбулентного потока
- •5.2. Уравнение теплового баланса непроточного водоема
- •5.3. Годовой термический цикл водоемов
- •Периоды и фазы годового термического цикла (гтц) глубокого водоема
- •6. Конвективные течения в водоемах
Периоды и фазы годового термического цикла (гтц) глубокого водоема
Терми ческий режим |
Периоды и фазы ГТЦ |
Критерии определения периодов и фаз ГТЦ водоема |
|
Начало |
Конец |
||
Летний |
Весенняя гомотермия |
tп = tср |
tср = tвг |
Летний нагрев |
|
|
|
- Интенсивный |
tср = tвг |
Sk устойчиво отрицательный |
|
- Замедленный |
Sk устойчиво отрицательный |
tп max, S0 устойчиво отрицательный |
|
Летне-осеннее остывание |
tп max, S0 устойчиво отрицательный |
tп = tср |
|
Осенняя гомотермия |
tп = tср |
tср = tог |
|
Зимний |
Предледоставное остывание |
tср = tог |
tп = 00С tср = tл Sk = Sи = 0 |
Термический режим водоема под ледяным покровом |
|
|
|
- Охлаждение водоема под ледовым покровом |
tср = tл tп = 00С Sк = Sи = 0 |
Sд устойчиво отрицательный |
|
- Фаза устойчивой стратификации |
Sд устойчиво отрицательный |
Sг устойчиво положительный |
|
Подледный нагрев |
Sг устойчиво положительный |
S0 устойчиво положительный, дата вскрытия уточняется по водоему – аналогу |
|
Весенний нагрев |
S0 устойчиво положительный, дата вскрытия уточняется по водоему – аналогу |
tп = tср |
Примечания: tср – средняя по глубине температура воды, 0С; tп – поверхностная температура воды, 0С; tл – температура ледообразования; tвг, tог – температура воды периода весенней (осенней) гомотермии на водоеме – аналоге (принимается равной температуре наибольшей плотности воды в зависимости от географического положения водоема).
В мелких водоемах температура воды по глубине изменяется мало, а теплообмен с дном Sд представляет существенную часть теплообмена с атмосферой. В таких водоемах температура донных слоев воды в течение года меняется значительно, а ее колебания соизмеримы с колебаниями температуры воздуха. В глубоких водоемах придонные температуры обладают малой годовой амплитудой, а на крупных искусственных водоемах, например водохранилищах Ангаро-Енисейского каскада ГЭС, летом устанавливается температурная стратификация.
Таблица 5.1б
Тип водохрани- лища |
Признаки |
|||
Летний термический режим (при свободной водной поверхности) |
Зимний термический режим (под ледяным покровом) |
|||
Перепад температуры по глубине t |
Изменчивость придонной температуры |
Теплоотдача ложа Sд |
Изменчивость придонной температуры |
|
Мелкие |
t |
tд=var |
Sд0 |
tд=var |
Глубокие |
t |
tд=var |
Sд0 |
tд=var |
Очень глубокие |
t |
tд=const |
Sд0 |
tд=const |
По степени проточности, зависящей от удельного расхода стокового течения, водоемы подразделяются на проточные, малопроточные и непроточные.
Естественные озера относятся главным образом к категориям непроточных (бессточных) и малопроточных (слабопроточных) водоемов. В бессточном озере перенос тепла происходит главным образом в вертикальном направлении, причем основную роль играют свободная конвекция и физическая теплопроводность. В слабопроточных озерах наряду с вертикальным теплообменом за счет турбулентного и свободно конвективного перемешивания присутствует продольно направленный теплоперенос за счет вынужденной конвекции.
Водохранилища с точки зрения проточности классифицируются на проточные и малопроточные.
К малопроточным относятся водоемы, характеризующиеся относительно небольшими скоростями течения с удельными расходами 2-5тыс.м2/сут, а к проточным – с удельными расходами 5-80тыс.м2/сут, характерными для равнинных незарегулированных рек. Изменчивость морфометрических показателей водохранилищ по его длине, а также непостоянство сезонного и в различные по водности годы удельного расхода воды приводят к тому, что водохранилище (или его участки) может относиться к различным типам по проточности и глубине, как в течение года, так и в различные по водности годы.