- •Оглавление
- •1.Понятия «водоем», «водная экосистема», ее абиотические и биотические компоненты.
- •2.Озеро и его водосбор, морфогенетическая классификация озерных котловин.
- •3.Водохранилища различного назначения, виды осуществляемого ими регулирования стока.
- •4.Морфогенетическая классификация:
- •5.Морфометрические характеристики водоема и методы их определения.
- •6.Батиграфические кривые (площади и объема) озер и их геометрических моделей
- •7.Особенности формы ложа долинных водохранилищ, ее геометрическая модель.
- •8.Методы определения объема водоема, объемная шкала и ее применение в лимнологических расчетах
- •9.Удельный водосбор водоема, его роль в структуре водного баланса и водообмене
- •10.Водный баланс бессточных и сточных озер, его составляющие, понятие об уровне равновесия.
- •11.Структура водного баланса водоемов и определяющие ее факторы
- •12.Водно-балансовая классификация водоемов, особенности водного баланса водохранилищ.
- •13.Внешний и внутренний водообмен водоема, их показатели.
- •15. Типы колебания уровня воды в водохранилищах, экологическое зонирование аква-территорий.
- •17.Капиллярные и гравитационные ветровые волны, их параметры, трохоидальная теория волн зыби.
- •18.Ветровые волны, факторы, определяющие их форму и размеры, методы их расчета.
- •19.Особенности волнения и течений в прибрежной зоне, роль псаммона в самоочищении воды.
- •20.Сгонно-нагонные явления на водоемах, экологическая роль апвеллинга и даунвеллинга.
- •21.Сейши, их разновидности и причины возникновения.
- •23.Виды течений в озерах и водохранилищах, циркуляционные системы ветровых и плотностных течений.
- •24.Плотность природных вод, определяющие ее факторы, устойчивость стратификации, критерий ричардсона.
- •25.Плотностные течения в водохранилищах, причины их возникновения.
- •26.Формы перемешивания воды в водоемах и его гидроэкологическое значение.
- •27.Конвекция, ее разновидности и причины возникновения в водоемах.
- •28.Оптические особенности воды озер, ослабление света в фотическом слое и роль этого слоя в экосистеме.
- •29.Составляющие теплового баланса озер и водохранилищ.
- •30.Вертикальные температурные зоны в водоеме, причины возникновения и разрушения слоев скачка.
- •31.Годовой термический цикл в озерах умеренной зоны.
- •32 Горизонтальная термическая неоднородность озер, «термический бар» и Его гидроэкологическое значение.
- •33.Термическая классификация озер. Внутренние волны кельвина и пуанкаре в стратифицированных озерах.
- •34. Определение теплозапаса в водоеме.
- •35. Фазы и особенности ледового режима озер, водохранилищ и нижних бьефов гидроузлов.
- •36. Структура озерного льда, факторы, определяющие толщину и деформации ледяного покрова.
- •37.Генезис и режим взвесей в водоемах, роль седиментации и биоседиментации в самоочищении воды.
- •38. Донные отложения озер, палеолимнологические методы изучения истории озер.
- •39.Грунты и заиление водохранилищ, переработка их берегов.
- •40. Термические, химические и биологические условия образования грязей(пелоидов) в озерах.
- •41.Минерализация и солевой состав озерных вод в разных географических зонах.
- •42. Гидроэкологические особенности меромиктических озер.
- •43.Минеральные озера, их химические типы и особенности термического режима.
- •44. Круговорот органических и биогенных веществ в водоеме и роль в нем гидробионтов.
- •45.Продукция и деструкция органического вещества, их роль в самоочищении водной экосистемы.
- •46. Трофические уровни водной экосистемы, трофогенные и трофолитические слои области водоема.
- •47.Трофическая классификация озер, особенности химического режима олиготрофных и эвтрофных водоемов.
- •48. Гидрологическая структура водоема, типы водных масс и их взаимодействия, фронтальные зоны.
- •49.Физические, химические и биологические характеристики и методы выделения водных масс.
- •50. Причины и признаки эвтрофирования водоемов, принципы экологической реконструкции водохранилищ.
- •51.Гидроэкологические ресурсы водоемов суши - водные (динамические, статические) и биологические.
26.Формы перемешивания воды в водоемах и его гидроэкологическое значение.
Перемешивание – обмен воды между слоями озера. Перемешивание воды также увеличивает ее насыщенность кислородом . При перемешивании вместе с объемами воды из слоя в слой перемещаются также взвеси, химически растворенные элементы, газы, запасы тепла. Результатом перемешивания является выравнивание физ хим характеристик. Основную роль играет турбулентное перемешивание, которое бывает конвективным(свободная конвекция-вызывается разностью плотностей между слоями) и динамическим (вынужденная конвекция-воздействие ветра на поверхности озера и связанные с ним течения и волнения). Динамическое перемешивание воды (изотропность ρ=const, Re больше критич.) V=V±∆V ∆V-отклонение от средней скорости(пульсационная добавка). Динамическое перемешивание- стремиться к сглаживанию неоднородности- тепло от поверхности передаётся вглубь, растворённые газы переносятся, питание растений. Θ=ACdt/dz A-коэф. Турбулентного перемешивания
Kt=A/ρ [м2/с]-коэф. Турбулентности
Есть ещё молярное и молекулярное перемешивание, молярное на 104-105 больше, молекулярное движение вызвано водными организмами.
Устойчивость-сопротивление водной массы перемешиванию. Устойчивость по вертикали характеризуется градиентом плотности G=dρ/dz. Положительные значения показывают устойчивость водной массы. При нуле водная масса наход в безразличном состоянии. Устойчивость связана с его объемом и глубиной, т.е. зависит от формы и размеров котловины.
27.Конвекция, ее разновидности и причины возникновения в водоемах.
Конвекция – процесс вертикального перемещения объемов воды в водоемах под действием силы тяжести из одного слоя в другой.
Конвективные течения в водоемах обусловлены распределением плотности жидкости (разницей плотности), которое в свою очередь определяется температурой, соленостью и давлением. Известно, что плотность воды существенно зависит от температуры и солености и очень слабо от давления.
Р ис. 1. Схема конвективного перемешивания жидкости при охлаждении ее сверху .
При подогреве жидкости снизу, нагретые ее частицы под действием сил плавучести поднимаются, а более холодные, а, следовательно, и более тяжелые частицы, расположенные наверху, опускаются. Нагретые частицы, поднимаясь, перемешиваются с более холодными и постепенно охлаждаются за счет теплопроводности. Это обстоятельство приводит к увеличению их плотности. Одновременно плотность поднимающейся жидкости увеличивается и за счет диффузии. Возникшая конвекция может распространиться до свободной поверхности жидкости или не дойти до нее, что зависит от первоначального (исходного) плотностного состояния жидкости и от степени нагрева придонных частиц. Такая конвекция получила название придонной и бывает зимой, когда водоем покрывается льдом (0°С), а температура дна 5-6 °С.
При охлаждении жидкости сверху конвективный процесс протекает в обратном порядке: охладившиеся, а, следовательно, более тяжелые частицы жидкости начнут опускаться и вытеснять вверх более теплые, легкие частицы. В этом случае, так же как и в первом, конвективный процесс может распространиться на всю глубину или погаситься на некоторой глубине.
И зложенная схема конвективного перемещения жидкости при охлаждении сверху в применении к воде нарушается одной из ее аномалий, а именно: аномалией температуры наибольшей плотности — наибольшая плотность пресной воды наблюдается при температуре 4°С). При дальнейшем охлаждении воды сверху (ниже 4°С) конвекция прекращается и более холодные частицы жидкости (но более легкие) остаются на поверхности (рис. 2.).
Рис.2. Процесс охлаждения воды сверху до момента ледообразования
Наблюдениями установлено, что плотностные конвективные течения воды в водоемах осуществляются в форме ячеистой конвекции: на поверхности воды ячеистая конвекция проявляется в виде шестиугольников (рис.3) - «ячейки Бенара».
При развитой конвекции конвективные ячейки имеют пространственный характер в форме шестигранных призм, у периферии которых конвективные токи направлены вниз, а в центре конвективные токи направлены вверх (несет большую энергию, теплее).
Рис.3. Конвективные ячейки Бенара
О писанный выше характер конвекции при наличии ветра резко изменяется, причем слабый ветер ее организует, а сильный — разрушает. Слабый ветер над водной поверхностью приводит беспорядочную столбчатую конвекцию к спиралеобразной в виде соленоидов с горизонтальными осями, вытянутыми вдоль ветра (рис. 4). Эта гипотеза находит подтверждение в том, что на поверхности при ветре наблюдаются полосы пены, мелких плавающих предметов, пыли, которые располагаются примерно на равных расстояниях одна от другой и направлены по ветру. Эти полосы называют линиями схождения, предполагая, что они ограничивают ячейки конвекции. Выполненные в последнее время на Ладожском озере подробные исследования показали, что при глубине воды 8 м расстояние между линиями схождения d ≈ 13 м, а при глубине 60 м d ≈ 35 м, т. е. расстояние d увеличивается с глубиной водоема. Глубина же проникновения циркуляции растет со скоростью ветра. По имени ученого, впервые описавшего этот вид конвективного течения, в литературе закрепился термин «циркуляция Ленгмюра».
Рис.4. Схема конвекции при слабом ветре 1 — конвективные токи, 2 — линии схождения.
Таким образом, циркуляция Ленгмюра — это результат плотностной неустойчивости, возникающей при охлаждении поверхностного слоя воды под действием ветра.
Т акже наблюдается конвекция за счет минерализации (зимой). У нижней кромки льда – резкое нарастание льда, растет минерализация, а значит возрастает и плотность – подледная конвекция. Она является защитной реакцией водоема, лимитирующей толщену льда.
Рис. 5. Схема конвективных течений при охлаждении водоема
Описанный процесс конвекции в чистом виде наблюдается в водоемах больших размеров в плане при относительно постоянной глубине. Реальные же водоемы ограничены в плане, а глубина их уменьшается до нуля у берегов. В этих водоемах при развитии конвекции возникают конвективные течения, схематически показанные на рис.5. При охлаждении водоема наблюдаются поверхностные конвективные течения от середины водоема к его берегам, а при нагревании — от берегов к средней его части. Придонные течения имеют обратное направление. В этом случае конвективные течения обусловлены разностью температуры воды в горизонтальном направлении.