Гидротермический расчет водоемов и водотоков

Для решения целого ряда задач по определению температуры воды водоемов и водотоков используют дифференциальное уравнение температурного поля турбулентного потока, которое также называют уравнением энергии. Это уравнение является одним из основных уравнений курса гидрофизики. Поэтому в выводе этого уравнения следует хорошо разобраться, а само уравнение (6.12) запомнить. Часть составляющих уравнения (имеется в виду сумма тепловых потоков в (6.1)) нам уже известна по разделу «Основные положения теплообмена». Формулы для определения других составляющих также следует запомнить, ибо они применяются и при решении многих других гидрофизических задач, встречающихся в практике гидролога.

Литература

1. Винников С. Д., Викторова Н.В. Физика вод суши. – СПб.: изд. РГГМУ, 2009 – с. 166 – 200.

2. Мишон В. М. Практическая гидрофизика, 1983, с. 5 – 52.

3. Одрова Т. В. Гидрофизика водоемов суши, 1979, с. 182 – 203.

Вопросы для самопроверки

1. Напишите уравнение энергии.

2. То же для непроточного водоема.

3. Напишите уравнение теплового баланса для поверхности водоема и перечислите его составляющие.

4. Как рассчитывается суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация (см. также формулу (3.23))?

5. Как рассчитывается количество теплоты, приносимое водами притоков, грунтовыми водами, осадками?

6. В чем суть метода суперпозиции?

7. Изложите расчет изменения температуры воды вдоль водотока (реки, канала) для установившегося температурного режима.

8. В чем суть теплового расчета водохранилища-охладителя?

Движение вод суши

Вода с природе находится с постоянном движении под воздействием различных сил. Для открытых водоемов и водотоков основными силами, обуславливающими это движение, являются сила тяжести, трения и сила плавучести (Архимеда). Движения эти необходимо учитывать, так как они обуславливают не только перенос масс самой оды, но и теплообмен, перенос растворенных химических веществ, взвешенные частица (растительные, минеральные) и крупные предметы (бревно, льдина и др.). Из курса гидромеханики нам уже известно, что движение подвижной среды (вода, воздух) описывается уравнениями Навье-Стокса, Рейнольдса, Маккавеева и др. Однако, они очень сложные и поэтому неприменимы на практике и поэтому их упрощают. Одним из таких упрощенных уравнений является уравнение Сен-Венана, анализ которого и выполняется в настоящем разделе учебника. Затем рассматривается в качестве примера задача о переносе масс воды в устье реки при вынужденной конвекции и задача о переносе вещества потоком воды.

Литература

1. Винников С. Д., Викторова Н.В. Физика вод суши. – СПб.: изд. РГГМУ, 2009 – с. 201 – 240

2. Одрова Т. В. Гидрофизика водоемов суши, 1979, с. 71 – 106.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите силы, приводящие в движение поверхностные воды.

2. В чем суть модулей скорости, гидравлического сопротивления и др?

3. Напишите уравнения Сен-Венана в традиционной и новой форме и проведите их сравнение.

4. Какова физическая природа конвективных течений в водоеме?

5. Поясните образование конвективных течений в ячейках Бенара и при циркуляции Ленгмюра.