Файл: гдрлг.docx

49

Лекция n1

Содержание лекции: Предмет гидрологии, связь с другими дисциплинами. Задачи гидрологии в деле рационального использования водных ресурсов и их охраны. Водные ресурсы и водный баланс земного шара и страны. Речная система, речной бассейн и их характеристики. Водный баланс речного бассейна.

Предмет гидрологии , связь с другими дисциплинами. Объект изучения гидрологии - гидросфера, включающая океаны, моря, реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды, снег и ледники, влагу атмосферы. При этом следует отметить, что по определению ландшафтной сферы Земли гидросфера связана с одной стороны, с литосферой, а с другой стороны, с атмосферой

При изучении гидрологии очень важным является определение ландшафтной сферы Земли.

Ландшафтная сфера Земли как зона активного взаимодействия литосферы, атмосферы и гидросферы имеет более значительную мощность. Помимо растительности и почв, с населяющим их животным миром, в состав ее включаются приземный слой воздуха и современная кора выветривания.

Приземный слой воздуха 30 - 50 м толщиной находится под непосредственным воздействием подстилающей поверхности; в его пределах наблюдаются суточные колебания температуры и влажности воздуха, энергично развита термическая конвекция. Этот воздушный слой отличается присутствием жизни.

Современная кора выветривания представляет продукт прямого воздействия атмосферы, воды, растительности и животных на горные породы. Она распространена повсеместно, варьирующая от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Таким образом, общая мощность наземной ландшафтной сферы колеблется в пределах от 30-50 м до 150 - 200 м.

Также необходимо знать, что земля как планета состоит из трех оболочек (контрастов): твердой (литосферы), жидкой (гидросферы) и газообразной (атмосферы). Физические и химические процессы в этих оболочках изучаются многими науками, которые носят общее название “наука о земле” .

Гидрология - это наука, изучающая гидросферу, ее свойства (физические, химические) и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмо, - лито - , и биосферой.

Для изучения гидрологических процессов и явлений производят необходимые наблюдения и измерения. Соответственно сформировался вспомогательный раздел гидрологии - гидрометрия. Таким образом, гидрометрия - часть гидрологии, занимающаяся разработкой методов измерений и наблюдений на водных объектах и методов обработки результатов этих измерений.

Гидрометрия подразделяется на гидрометрию речную, морскую, озерную, гидрометрию болот, подземных вод, ледников. Данные измерений и визуальных наблюдений обобщаются и анализируются .

При изучении гидрологических процессов и явлений приходится опираться на ряд законов, установленных другими науками. В гидрологии особенно широко используются законы физики, химии и биологии. Поскольку гидрологические процессы тесно связаны с процессами, происходящими в лито- ,био-, и атмосфере, то отсюда ясна связь гидрологии с метеорологией, геофизикой, гидрогеологией и гидробиологией, климатологией, физикой атмосферы и др.

Гидрология имеет много общих вопросов с геоморфологией - наукой, изучающей закономерности возникновения и развития форм земной поверхности. Используются законы гидромеханики и гидравлики. В пределах гидросферы находится часть биосферы. Наука, изучающая водные организмы и их единство с окружающей средой, называется гидробиологией и является разделом биологии.

Воды земли с содержащимися в них твердыми, жидкими и газообразными веществами называются природными водами. Огромная часть природных вод составляют океаны, меньшая часть находится в водных объектах суши. Водные объекты суши образуются в результате выпадения атмосферных осадков, значительная часть которых формируется при испарении с поверхности океанов и морей.

Воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов, называются поверхностными. Раздел гидрологии изучающий их называют гидрологией суши.

Гидрография суши, в отличии от собственно гидрологии суши, занимается конкретных водных объектов и вод отдельных территорий, основываясь при этом на положениях и законах, установленных собственно гидрологией.

Гидрология и гидрография суши подразделяются на гидрологию и гидрографию рек, озер, ледников и болот.

Раздел гидрологии, исследующий воды океанов и морей, называют гидрологией океанов и морей или океанологией.

Изучение почвенных вод является одной из задач почвоведения.

Основные понятия в гидрологии суши - это водный объект. К водным объектам относятся океаны и моря, реки, ледники, озера, воды болот и др. В свою очередь водные объекты подразделяются на водотоки и водоемы.

Водоток - водный объект , в котором вода движется в направлении уклона в углублении земной поверхности. Различают постоянные и временные водотоки.

Водоем - водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием. Различают естественные и искусственные водоемы.

Наиболее типичная форма водотоков на Земле - река. Она представляет собой водоток значительных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло.

Типичные формы водоемов - озера и водохранилища. Естественный водоем с замедленным водообменом называется озером. Искусственный, образованный водоподпорным сооружением на водотоке с целью хранения и регулирования стока воды называется водохранилищем.

При классификации гидрологии суши по водным объектам различают: - гидрологию рек; - гидрологию болот; - гидрологию водохранилищ; - гидрологию ледников.

Речная гидрология и речная гидравлика., изучающие движение воды в речных руслах и их формирование, дополняют друг друга и составляют основы инженерной гидрологии.

Инженерная гидрология занимается решением различных инженерных задач при гидротехническом, гидроэнергитическом, гидромелиоративном строительстве, при водоснабжении, сооружении мостов, автомобильных и железных дорог и т.д.

Задачи гидрологии в деле рационального использования и охраны водных ресурсов.

Важность решения гидрологических задач можно демонстрировать на следующем примере.

В бассейне Азовского моря, основными речными системами являются Дон и Кубань, изъятие воды составляет примерно треть от среднего многолетнего стока. Площадь орошения на Дону достигли 1.2 млн.га, а на Кубани 700 тыс.га, из которых 200 тыс. здесь занимают рисовые севообороты. Регулирование стока Цимлянским водохранилищем в интересах энергетики и водного транспорта привело к практическому прекращению половодий и иссушению пойменных земель на Нижнем Дону, подорвало естественное воспроизводство рыбного стада Азовского моря. Аналогичная ситуация сложилась и в бассейне р. Кубани. Все это требует оценки реакции региональных экосистем на изменения естественного водного режима реки.

На современном этапе развития к числу важнейших задач гидрологии в области водоустройства страны следует отнести следующие.

1. Восстановление и модернизация сети наблюдательных станций, обеспечивающих получение информации о режиме вод, в первую очередь - в створах, где наблюдения велись длительное время.

2. пересмотра современных представлений о параметрах стока в масштабах всей гидрографической сети.

3. Оценка изменения гидрологических условий в результате антропогенных воздействий на режим и качество природных вод.

4. Разработка методики определения допустимых воздействий на режим основных речных бассейнов страны.

5. Обоснование стратегии охраны качества природных вод.

6. Обобщение данных о гидрофизическом режиме водных объектов, который претерпел изменения под влиянием хозяйственной деятельности.

7. Составление обосновывающих материалов по составу первоочередных объектов и мероприятий, имеющих своей целью водообеспечение страны, предупреждение вредного воздействия вод и охраны их от загрязнения и истощения.

Отметим значение гидрологии для обороны и проведения военных действий.

На суше водные объекты являются естественными рубежами. При проведении военных операций необходимо знание глубин и режима рек для строительства мостов, организации переправ; в зимний период, когда большинство наших рек покрывается ледяным покровом знание его толщины и прочности приобретает исключительное значение при форсировании рек. Оборона и проведение военных операций на море требуют хороших знаний глубин, режима течений, волнений, колебаний уровней, прозрачности и плотности морской воды.

Водные ресурсы и водный баланс земного шара и страны. В земном шаре непрерывно происходит обмен влагой между гидро- , атмо -, и литосферой, состоящий: из испарения, переноса водяного пара и его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и образования стока. Это называется влагооборот земного шара.

Различают несколько видов влагооборота в природе (рис. 1)

1. Большой (или мировой) влагооборот водяного пара, испарившийся с поверхности океанов, переносится ветрами на материки, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан со стоком.

2. Малый (или океанический) влагооборот - водяной пар , испарившийся с поверхности океанов, выпадает в виде атмосферных осадков в океан.

3. Внутриконтинентальный влагооборот - вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Под влиянием солнечной радиации с поверхности океанов, морей, рек, озер и других водоемов, с поверхности ледников, снежного покрова и льда, почвы и растительности ежегодно в среднем испаряются огромные массы воды - 577 тыс. км³.

Основным источником поступления воды в атмосферу является испарение с поверхности океанов и морей и составляют 505 тыс. км³. Остальные 72 тыс. км³ в атмосферу поступают с суши. Большая часть этой влаги в размере 458 тыс. км³, выпадает в виде атмосферных осадков непосредственно на поверхность океанов и морей. Меньшая часть этой влаги - 47 тыс. км³, переносится воздушными потоками на континенты и острова и затрачивается на формирование рек, озер, болот, ледников и грунтовых вод и создает условия для существования и развития природной среды и деятельности человека.

Такой же объем воды (47 тыс. км³) ежегодно возвращается в океан с поверхностными (45 тыс. км³) и грунтовыми (2 тыс. км³) водами.

Соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранное время для рассматриваемого объекта называют водным балансом.

Для составления водного баланса земного шара принимаем следующие обозначения:

Еo, Еc, Еб - соответственно испарение в среднем за год с поверхности Мирового океана, периферийных областей суши и бессточных областей суши; Ез- испарение с поверхности земного шара.

Хо , Хс,. Хб, Хк - соответственно среднюю годовую сумму атмосферных осадков, выпадающих на поверхность океана, периферийных и бессточных областей и на континент; Хз- годовую сумму осадков для всего Земного шара; Ус - средний суммарный годовой сток с суши; U, У E - соответственно суммарное испарение, речной сток и подземные воды континента.

При принятых обозначениях водный баланс земного шара примет следующий вид: для малого круговорота влаги в пределах океана Eo = Xo + Ус, для большого круговорота влаги Ес + Ус =Хс, для бессточных областей Еб = Хб, для континента Х = У + U + E

Следует отметить, что суммарные осадки на континент (Х) - включают в себя осадки, выпадающие за счет влаги, принесенной с океана и сопредельных территорий, осадки, образующиеся за счет местного испарения и конденсация влаги.

Очевидно, что для всего земного шара в целом справедливо равенство Ез =Ео + Ес + Еб = Хо + Хс + Хб, Ез =Хз

Таким образом , количество воды , испаряющейся с поверхности океанов, морей и суши, равно количеству осадков, выпадающих на эти поверхности.

Речная система, речной бассейн и их характеристики.

Водосбор реки, и вся толща почво-грунтов, с которой вода поступает в реку, называется речным бассейном. Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называется речной системой. Бассейн реки состоит из поверхностного и подземного водосборов. Участок земной поверхности, с которого стекают воды в отдельную реку или в речную систему, представляет поверхностный водосбор. Подземный водосбор - толща грунтов, из которой вода поступает в реки, озер и водохранилища. Следовательно, различают поверхностный и подземный (грунтовый. почвенный) сток. Границы подземного водосбора определить трудно. Граница поверхностного водосбора фиксируется достаточно точно водораздельной линией по карте с горизонталями. Водораздельная линия речного бассейна представляет замкнутый контур, определяющий смежные водосборы. На практике за площадь бассейна реки принимается площадь поверхностного водосбора.