Гидрология

1 курс, 1 семестр

кафедра гидрологии суши, 17 эт.

профессор: Михайлов Вадим Николаевич

Лекция №1 (8.09)

Роль воды в природе и обществе. Практическое значение гидрологии.

Роль воды:

1. Неживая природа

а) 2/3 земного шара покрыты водой

б) климатообразование

в) рельефообразование

2. Живые организмы

3. Хозяйственное использование

а) отрасли-водопотребители (орошение, энергетика (не ГЭС), питьевая вода, нефтедобыча, текстильное производство и т.п.)

б) отрасли-водопользователи (гидроэнергетика, морской и речной транспорт, рыбное хозяйство, рекреационное хозяйство).

Гидрологическое изучение различных водных объектов необходимо для создания возможности их использования вышеперечисленными отраслями.

Семинар №1 (10.09)

Река – поток воды, протекающий в русле, питающийся подземными и поверхностными водами.

Река характеризуется следующими основными параметрами:

1. длина

2. площадь водосбора (F)

3. площадь бассейна

4. средняя ширина бассейна

5. уклон (отношение падения к высоте)

6. протяженность речной системы

7. коеффициент густоты речной сети:

8. коеффициент извилистости (равен отношению длины реки к длине прямой, соединяющей исток и устье.

Лекция №2 (15.09)

Водные объекты и их типы. Гидрографическая сеть. Количество воды на земном шаре. Понятие о гидросфере. Гидрологические характеристики и гидрологическое состояние водного объекта. Гидрологический режим и гидрологические процессы. Гидрология. Методы гидрологии. Вода как вещество. Ее молекулярная структура и изотопный состав.

Водные объекты и их типы. Гидрографическая сеть. Количество воды на земном шаре. Понятие о гидросфере.

Водные объекты – достаточно большие скопления природных вод на земной поверхности или в толще грунтов, имеющие определенный гидрологический режим.

Водные объекты:

1. Водотоки (текут по руслу, вдоль уклона) – реки, ручьи, каналы

2. Водоемы (на земной поверхности, замедленный водообмен) – океаны, моря, озера, водохранилища, болота

3. особые водные объекты – ледники, подземные воды

Гидрографическая сеть – совокупность всех водных объектов в пределах какой-л. территории.

Русловая сеть – часть гидрографической сети, включаетя только все водотоки; речная сеть – часть русловой сети, включает только все реки.

Площадь поверхности Земли равна 510 млн км², из них 71% - Мировой океан, 29% - суша. Если площадь поверхности суши (149 млн км²) принять за 100%, то воды суши составляют 15% (11% - ледники, 4% - озера). В северном полушарии океан занимает 61% поверхности, в южном – 81%.

Объем природных воды Земли составляет 1,39 млрд. км³, из них 96,4% - Мировой океан, 1,7% - подземные воды.

Гидросфера – водная оболочка Земли, (включая подземные воды (воду атмосферы и живых организмов)).

Гидрологические характеристики и гидрологическое состояние водного объекта. Гидрологический режим и гидрологические процессы.

Гидрологические характеристики:

1. уровнь воды (z, м – абсолютная величина; Н – над нулем поста)

2. температура воды (T, K; t,°С)

3. глубина (H, м)

4. скорость течения (v, м/с)

5. мутность (s, г/кг)

6. минерализация (мг/л)

7. расход воды (Q, м³/с) и др.

Гидрологическое состояние водного объекта – совокупность гидрологических характеристик водного объекта в данный момент.

Гидрологический режим водного объекта – совокупность закономерно повторяющихся изменений гидрологического состояния водного объекта.

Гидрологические процессы – физические, химические и биологические закономерности формирования гидрологического режима.

Гидрология, ее задачи, составные части и связь с другими науками

Задача гидрологии – изучение закономерностей формирования гидрологического режима (гидрологических процессов).

Гидрология подразделяется на общую гидрологию и другие разделы (гидрография, гидрометрия, гидрофизика, гидрохимия, инженерная геология). В общую гидрологию входят океанология (гидрология океанов и морей), гидрология подземных вод (почти то же, что гидрогеология) и гидрология водных объектов суши - гидрология рек, озер, водохранилищ, болот, ледников (почти то же, что гляциология).

Близкие гидрологии науки:

• физико-географические – метеорология и климатология, геоморфология, почвоведение.

• фундаментальные – биология, физика, химия, математика.

Методы гидрологии

Методы гидрологии:

1. Натурные (полевые) – стационарные и экспедиционные

2. Эксперимент – в природных условиях или в лаборатории

3. Картографические

4. Математическое моделирование

5. Дистанционные – космические и аэрометоды.

Вода как вещество. Ее молекулярная структура и изотопный состав.

Молекула воды представляет собой ассиметричный диполь (угол » 105°).

Молекулярная структура воды:

1. (H₂O)₁ – моногидроль (преобладает в водяном паре)

2. (H₂O)₂ – дигидроль (преобладает в жидкой воде)

3. (H₂O)₃ – тригидроль (преобладает во льде).

Вода – единственное вещество, у которого в твердом состоянии плотность меньше, чем в жидком, при температуре от 0 до 4 °С плотность увеличивается с возрастанием температуры.

Водород имеет три изотопа: H¹, H² (D, дейтерий) и Н³ (T, тритий); кислород – также три: О¹⁶, О¹⁷, О¹⁸. Наиболее распростанена в природе вода изотопного состава: Н¹₂О¹⁶ – 99,73% всей природной воды. Также встречается вода состава Н¹DO¹⁶.

Лекция №3 (22.09)

Химические свойства воды. Классификация природных вод по минерализации. Различия солевого состава морских и речных вод. Понятие о качестве воды. Агрегатные состояния воды и фазовые переходы. Плотность воды, ее зависимость от температуры, солености, давления. Тепловые свойства воды. Зависимость температуры замерзания и температуры наибольшей плотности от солености. Физические аномалии воды и их гидрологическое значение.

Химические свойства воды. Классификация природных вод по минерализации. Различия солевого состава морских и речных вод. Понятие о качестве воды.

Вода – универсальный растворитель. Она медленно, но верно растворяет практически все вещества, существующие в природных условиях.

Минерализация – содержание в воде растворенных минеральных веществ, выраженное в мг/л или г/м³ (М, S_и(онов)).

Соленость – содержание в воде растворенных минеральных веществ, выраженное в г/кг или в промилле.

Классификация природных вод по минерализации:

1. Пресные: минерализация = 0-1000 мл/г, соленость = 0-1 0,1% - большинство рек и озер, подземных вод. Пресные воды являются питьевыми.

2. Солоноватые: минерализация = 1000-24700, соленость 1-24,7 0,1% - Каспийское море (11-12 0,1%), Балтийское море (8-9 0,1%), оз. Балхаш (3 0,1%).

3. Соленые: соленость 25-50 0,1%.

4. Рассолы: соленость >50 0,1% - оз. Эльтон, оз. Баскунчак, Мертвое море, зал. Кара-Богаз-Гол.

Соленость = 50 × 0,1% - предел солености Мирового океана – Красное море (на самом деле – немного меньше – приблизительно 45 0,1%

По своему солевому составу природные воды подразделяются на следующие классы (по преобладающему аниону) и группы (по преобладающему катиону):

Класс гидрокарботных вод (НСО₃^-) – преобладает в речной воде

Класс хлоридных вод (Сl^-) – преобладает в морской воде

Класс сульфатных вод (SO₄^2-)

Кальциева группа (Ca²⁺) – преобладает в речной воде

Натриева группа (Na⁺) – преобладает в морской воде

Магниева группа (Mg²⁺)

Калиева группа (К⁺)

Морская соль представляет собой растворенные в воде поваренную соль и многие другие вещества.

Качество воды – совокупность физических и химических свойств воды, влияющих на экологическое состояние и экологическое использование водных объектов.

Категории качества:

1. температура (чем выше температура, тем хуже качество)

2. соленость и минерализация

3. мутность