24.Плотность природных вод, определяющие ее факторы, устойчивость стратификации, критерий ричардсона.

П ри температуре 3,98°С вода имеет максимальную плотность 1,000 г/см3. При увеличении температуры, растет градиент плотности.

За счет пониженной плотности происходит конвективное, восходящее движение нагретых подземных вод. Коэффициент сжимаемости воды, показывающий, на какую долю первоначального объема уменьшится объём воды при увеличении давления на I aт, очень мал. Для чистой воды он равен 5·10-5 I/ат. Однако за счет сил упругости создается напор подземных вод. Температура и давление действуют на плотность воды в противоположном направлении. Пресные подземные воды имеют плотность, близкую к 1 г/см3, то плотность концентрированных рассолов достигает 1,3 - 1,4 г/см3. Повышение температуры приводит к значительному уменьшению вязкости подземных вод и, таким образом, облегчает их движение через мельчайшие поры. Подземные воды исключительно разнообразны по свому химическому составу. Высокогорные источники обычно дают очень пресную воду с низким содержанием растворенных солей, иногда менее 0,1 г. в 1 л., а в одной из скважин в Туркменистане был рассол с минерализацией 547 г/л.

На устойчивость воды во всем озере влияет форма озерной котловины. Наибольшая устойчивость достигается при плотностной стратификации. Если плотность с глубиной растет, то стратификация устойчивая; если плотность не меняется, тогда градиентное равновесие, если плотность уменьшается с глубиной, стратификация неустойчивая, идет конвекция, свободное перемешивание.

, т.о. – ускорение силы Архемеда – мера гидродинамической устойчивости плотностной стратификации.

– уравнение плотностной стратификации (устойчивости), которое ввел Шмит, Е измеряется в с^-2. N=√E – частота колебаний плавучести частиц воды в расслоенной плотностной среде (частота Вейсаля-Брента). Чем меньше устойчивость, тем меньше частота и больше период (обратное от частоты, в среднем равен до 10 с).

Критерий Ричардсона: Ri=E/(dv/dz)². если Ri=0,25 – стратификация, если Ri меньше 0,25 - перемешивание

25.Плотностные течения в водохранилищах, причины их возникновения.

Плотностное течение – поступательное движение массы воды, вызванное горизонтальным градиентом плотности воды; является разновидностью гравитационных течений.

Распространены довольно часто, возникают из-за неравномерной скорости нагрева воды в весенний и летний периоды.

В прибрежный районах возрастает плотность, а значит и возрастает скорость течений. Наивысшая динамическая поверхность – поверхность, после которой плотность воды одинакова. Под действием силы Кориолиса плотностные течения приобретает вид геострофического течения (при установлении равновесия горизонтального течений, перпендикулярных берегу, и силы Кориолиса), огибающего озеро против хода часовой стрелки в его теплоактивной области. - формула Зубова, где L – длина разреза.

Оно определяет направление перемещения речных весенних водных масс и сточных вод, сбрасываемых в крупные и глубокие озера или их притоки, что важно учитывать при размещении и эксплуатации водозаборов питьевого водоснабжения и ТЭС. П.т. в форме мутьевого потока может наблюдаться в придонном слое глубоководных горных водохранилищ при поступлении в них речных вод дождевых паводков, насыщенных глинистыми частицами малой гидравлической крупности. Вследствие этого седиментация взвесей не происходит, и речная вода, более плотная, чем основная водная масса водохранилища, подтекает под нее и распространяется по уклону дна к замыкающему водохранилище гидроузлу. При наличии придонных водосбросных отверстий в теле плотины вода мутьевого потока, почти не смешавшаяся с основной водной массой водохранилища, может быть сброшена в нижний бьеф гидроузла. Это водоохранное мероприятие снижает скорость заиления горных и предгорных водохранилищ, сооруженных на реках с большим стоком взвешенных наносов. В Нурекском водохранилище на р. Вахш в Таджикистане, например, скорость мутьевого потока 10—70 см/с (близка к ее значениям в ряде участков дна океана), толщина слоя, охваченного этим течением, составляет 10—30 м, а дальность распространения потока достигает 30 км при общей длине водохранилища 70 км. П.т. наблюдается и в слабопроточных водохранилищах долинного типа, сооруженных на равнинных реках России. Причиной его возникновения служит повышенная в 1,5—2 раза минерализация зимней речной водной массы в сравнении с зимней основной водной массой водохранилища. Более минерализованная и потому более плотная речная вода зимой подтекает под основную водную массу и в виде П.т. движется со скоростью около 1 см/с по уклону дна (преимущественно в русловой ложбине) к замыкающему водохранилище гидроузлу. Такое П.т. служит причиной зимней мезотермии и одним из факторов снижения содержания кислорода в придонном слое. При наличии источников загрязнения воды в притоке водохранилища загрязняющие вещества могут быть транзитом (без перемешивания с основной водной массой) перенесены П.т. в нижний бьеф гидроузла, если расход воды, сбрасываемой через придонный водозабор, соизмерим с расходом притока. Это явление важно учитывать при проектировании и эксплуатации водохранилищ водоохранного и питьевого назначения. Аналогичное П.т. зимних вод р.Волхов прослежено и в придонном слое покрытой ледяным покровом южной части Ладожского озера.

В малых озерах, где можно пренебречь силой Кориолиса, п.т. не существует.