Водоудерживающая способность (влагоемкость) снега зависит от степени его перекристаллизации и плотности. Мелкозернистый метелевый снег обладает большей водоудерживающей способностью, чем крупнозернистый при одной и той же плотности. В процессе таяния мелкозернистый снег быстро перекристаллизовывается и его водоудерживающая способность убывает.

Влажностью снега называ­ется количество воды, содержащейся в нем в рассматриваемый мо­мент времени, выраженное в процентах к общему весу пробы влаж­ного снега.

Водоотдача. С развитием процесса таяния промежутки ме­жду частицами снега заполняются водой, сила тяжести которой превосходит капиллярные силы. Появляется так называемая гра­витационная вода, которая под действием силы тяжести передви­гается вниз, пока не достигает почвы, и пока, таким образом, не наступит момент водоотдачи.

Водоотдачей называется процесс поступления воды из снега на почву; интенсивность водоотдачи определяется количеством воды (обычно в миллиметрах слоя), поступающей из снега на поверх­ность почвы за единицу времени.

1.2. Химические свойства воды

В природе нет абсолютно нерастворимых веществ. Все они в той или иной степени подвергаются воздействию воды, отличаясь, друг от друга только количеством переходящего в раствор вещества. Поэтому в естественном состоянии вода всюду представляет собой сложный раствор различных веществ, который принято называть природной водой в отличие от химически чистой воды Н₂О.

Таким образом, под химическим составом природных вод надо понимать весь сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния.

С некоторой условностью химический состав природных вод можно разделить на следующие пять групп:

1) главные ионы, т. е. ионы, содержащиеся в наибольшем количестве (хлоридные Сl^-, сульфатные SO₄^-, гидрокарбонатные НСОз^-, карбонатные СО₃^-, натрия Na⁺; калия К⁺, магния Mg²⁺ и кальция Са²⁺);  

2) растворенные газы (кислород О₂, азот N₂, двуокись углерода СО₂, сероводород H₂S и др.);  

3) биогенные элементы (соединения азота,   фосфора, кремния);

4) микроэлементы - соединения всех  остальных химических элементов;

5) органические вещества.

 Несколько особое положение занимают ионы водорода Н⁺, находящиеся в природных водах в очень небольшом количестве, но играющие очень большую роль в химических и биологических  процессах, протекающих в природных водах.

Деление на эти группы в известной мере условно, так как некоторые элементы, например, кальций, калий, также усваиваются и необходимы организмам, как и биогенные элементы, а концентрации биогенных элементов часто бывают еще меньше, чем микроэлементов.

Некоторая условность создается и в результате определения суммарной концентрации нескольких видов ионов, близких по химическим свойствам и поэтому аналитически трудно разделяемых, например, фосфора с мышьяком, кальция с барием и стронцием, хлора с бромом и йодом. Разумеется, существуют аналитические методы и раздельного определения указанных сходных по свойствам элементов. Однако такое определение элементов отнимает много времени и труда и в большинстве случаев ограничивается только суммарной концентрацией с  пересчетом ее на главный определяемый элемент.

---

Кроме перечисленных компонентов, состав природной воды обладает качественными характеристиками: жесткость, щелочность, окисляемость, агрессивность.

Эти свойства обусловлены не одним, а совокупностью нескольких компонентов состава воды.

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью (мг-экв/дм³, мг-экв/л).

Классификация: мягкая (<4 мг-экв/л), средней жесткости (4-8 мг-экв/л), жесткая (8-12 мг-экв/л), очень жесткая (>12 мг-экв/л).

Щелочность - способность сильной кислоты реагировать с различными компонентами природной воды. Поскольку в большинстве природных вод преобладают карбонаты, то обычно различают лишь гидрокарбонатную и карбонатную щелочность. В редких случаях, при рН>8.5 возникает гидратная щелочность.

Окисляемость - это величина характеризует содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей.

Химическое потребление кислорода (ХПК) - показатель, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ по количеству израсходованного на окисление химически связанного кислорода.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов.

Агрессивность - способность воды и растворенных в ней веществ разрушать путем химического воздействия различные материалы (бетон, металлы и т.д.).

Широко распространено еще понятие минерализация воды, под которым понимают сумму всех найденных при анализе минеральных веществ в мг/л или г/кг (при сумме больше одного г/кг), содержащихся в данной воде.

В океанологии вместо минерализации употребляется термин соленость.

 

В воде растворяются твердые, жидкие и газообразные вещества, которые делятся на три группы:

- хорошо растворимые (в 100 г воды растворяется более 10 г вещества);

- плохо растворимые, или малорастворимые (в 100 г воды растворяется менее 1 г вещества);

- практически не растворимые (в 100 г воды растворяется менее 0,01 г вещества).

Горные породы и минералы как источники солей для минерализации природных вод целесообразно разделить на три группы:

 а) изверженные, магматические породы, образующие растворимые соли при их разложении;

б) соли, рассеянные в сухом, растворенном или адсорбированном состоянии в различных осадочных породах;

 в) минералы и растворимые соли, находящиеся в виде скоплений или залежей (известняки, мергели, доломиты, гипсы, каменная соль и пр.).

Наиболее часто используется классификация вод по степени минерализации

---

< 0.2 мг/л - ультрапресные

0.2 - 0.5 мг/л - пресные

0.5 - 1.0 мг/л - воды с относительно повышенной минерализацией

1.0 - 3.0 мг/л - солоноватые

3 - 10 мг/л - соленые

10 - 35 мг/л - воды повышенной солености

> 35 мг/л – рассолы

Можно использовать и другую классификацию:

Пресные                            -       до 1,0 г/кг

Солоноватые                     -       1—25г/кг

С морской соленостью    -       25—50г/кг

Рассолы                            -       выше 50г/кг

Кроме минерализации, существует ещё близкое к ней по величине понятие сумма ионов, т. е. сумма всех видов ионов в мг/л или г/кг, концентрация которых больше 0, 1 мг/л. 

 

1.3. Характеристика состава природных вод

В природных водах всегда присутствуют газы в растворенном состоянии. Их качественный и количественный состав зависит от природных условий, в которых находится вода. Происхождение этих газов связано:

а) с составом атмосферы (азот N₂, кислород О₂, аргон Аr и другие инертные газы, двуокись углерода СО₂),

б) с биохимическими процессами (двуокись углерода, метан СН₄ и другие тяжелые углеводороды, сероводород Н₂S, азот N₂, водород Н₂);

в) с процессами дегазации мантии и метаморфизацией гордых пород в глубинных слоях земной коры при высоких температурах и давлении (двуокись углерода, окись углерода СО, сероводород, водород, метан, аммиак  NH₃, хлористый водород HCl и другие соединения водорода с галогенами и бором).

Первая группа газов характерна главным образом  для вод земной поверхности и подземных, в которые проникают инфильтрационные воды с поверхности,   вторая - для поверхностных и подземных вод и третья - в основном для подземных вод.

Наиболее широко распространены в поверхностных водах кислород и двуокись углерода, в подземных - сероводород и метан.

Источники образования органического вещества по происхождению органических веществ в природных водах могут быть разделены на:

1)   поступающие извне (с водосборной площади)

2)   образующиеся в самом водоеме.

К биогенным элементам в природных водах относятся азот, фосфор и кремний в различных соединениях. Они имеют особое значение в развитии жизни в водоемах. Азот и фосфор являются обязательными составными частями тканей каждого живого организма. Выделение этой группы до некоторой степени условно, так как в жизненных процессах, происходящих в природных водах, участвует и ряд других элементов (Са, Мg, К и др.).

Микроэлементы представляют собой самую большую группу состава природных вод в нее входят все остальные элементы периодической системы.  Условно их можно разделить на пять подгрупп:

1) типичные катионы (Li, Rb, Cs, Ве, Sr , Ва и др),

2) ионы тяжелых металлов (Сu, Аg, Аu, РЬ , Fe, Ni, Со и др);

3) амфотерные комплексообразователи (Сг, Мо, V, Мn);

4) типичные анионы (Br, J, F, В),

5) радиоактивные элементы.

Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, могут быть разделены на две основные группы.

---

1. Прямые факторы, непосредственно  воздействующие на воду (т. е. действие веществ, которые могут,  обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды):

- горные породы,

- почвы,

- живые организмы,

- деятельность человека.

2. Косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой:

- климат,

- рельеф,

- водный режим,

- растительность, 

- гидрогеологические,

- гидродинамические условия и пр.

Действие этих факторов проявляется косвенно, через прямые факторы, однако, роль их при этом в формировании состава воды часто бывает решающей. В свою очередь все косвенные факторы тесно взаимосвязаны между собой.

Климат прежде всего определяет баланс тепла и влаги, и от которого зависит увлажненность местности и величина водного стока, а следовательно, разбавление или концентрирование природных растворов, и возможность растворения веществ или выпадения в осадок.

С климатическими условиями  связано направление движения почвенных и грунтовых растворов вблизи поверхности Земли. От климатических характеристик также зависят условия взаимодействия воды с породами, процесс выветривания горных пород тип почвообразования и растительности и характер разложения остатков последней, что в свою очередь влияет на минерализацию воды. Климатические условия определяют не только количество, но и характер атмосферных осадков (дождь, снег), их распределение  в течение года, условия миграции различных элементов, промерзаемость почвы, существование вечной мерзлоты, с которыми тесно связан гидрохимический режим вод на поверхности Земли и вблизи нее.

Роль климатических условий нельзя игнорировать и для подземных вод, влияние которых прослеживается на значительную глубину. Влияние климата на химический состав, воды настолько существенно, что часто является решающим фактором, определяющим не только величину минерализации воды, но и ее состав. Климат создает общий фон, на котором происходит большинство процессов, влияющих на формирование химического состава природных вод.

 Важнейшим фактором состава природных вод является также рельеф местности, хотя его роль носит менее явный характер. С рельефом местности связаны условия поверхностного и подземного стока, водный и солевой режим почв, освещенность склонов и расчлененность местности, способствующая созданию неоднородности состава воды, заболоченность местности, обусловливающая специфический состав воды, и др.

 Существен в формировании химического состава воды и водный режим водоёмов, который в свою очередь зависит от ряда физико-географических условий. Состав воды рек зависит от времени наступления половодья, от характера их питания. Влияет на изменение состава воды рек также и их протяженность, которая определяет различие гидрологического режима отдельных частей реки, наличие притоков, протекание реки через водоем и мн. др. Наличие стока из озера определяет величину минерализация воды, водообмен между отдельными его частями. Минерализация подземных вод в сильнейшей мере зависит от степени влияния поверхностных вод на данный водоносный горизонт, наличия трещин, скорости движения воды в породах.

---

Растительность, помимо прямого воздействия в водоемах на состав растворенных газов, обмен с ионным составом и растворенные органические вещества, большую роль играет и на суше, где она формирует почвы, создает запасы растительных остатков, являющихся основным источником растворенных органических веществ, смываемых в водоемы с  поверхности. Продукты трансформации остатков органических веществ определяют условия для подвижности многих элементов (особенно микроэлементов), способствуя образованию комплексов и, влияя на величину рН.     

 

 1.4. Классификации состава природных вод

Классификация С.А. Щукарева основана на делении вод по шести главным ионам, присутствующим в воде в количестве, большем, чем 12,5 % -экв.

Такими могут быть только. Na, Мg, Са, Сl, SO₄ и НСО₃. Комбинацией трех катионов с тремя анионами можно получить 49 сочетаний, которые, по С. А. Щукареву, соответствуют 49 классам природных вод. Например, состав девятого класса воды определяется присутствием ионов Са, Мg, НСО₃ и SO₄  в количестве, большем, чем 12,5 %-экв каждого из них, считая сумму эквивалентов анионов за 50 %. 

 Классификация О. А. Алекина сочетает принцип деления по преобладающим анионам и катионам с делением по  количественному соотношению между ними. Все природные воды делятся сначала по преобладающему аниону (по эквивалентам) на три класса гидрокарбонатных и карбонатных, сульфатных и хлоридных вод. Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется далее на три группы кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между ионами в эквивалентах.

1. НСО₃^->Са²⁺+Мg ,

2. НCО_з^-<Са²⁺+Mg²⁺<HСО₃^-+SO₄^2- ,

3.НCО_з^-+SO₄^2-<Са²⁺+Mg²⁺илиСl^->Na⁺,     
           4. НCО_з^- = 0.         

Воды типа 1 образуются или в процессе химического выщелачивания изверженных пород, или при обменных процессах Са и Mg на Na. Эти воды чаще всего маломинерализованные, исключение составляют бессточные озера, питаемые подобными водами.

Воды типа 2 - смешанные. Состав их может быть связан генетически как с осадочными породами, так и с продуктами выветривания изверженных пород. К этому типу относятся воды большинства рек, озер и подземные воды малой и умеренной минерализации.

Воды типа 3 - метаморфизированные. Они включают какую-то часть сильноминерализованных вод или вод, подвергшихся катионному обмену Na на Са или   Mg. К этому типу относятся воды океана, морей, лиманов реликтовых  водоемов и многие другие сильноминерализованные воды.

Для лучшей дифференциации состава воды типа 3 Е В. Посохов предложил ввести еще два подтипа

3а — с соотношением ионов Сl < Na+Мg,

3б — с соотношением ионов Сl > Nа+Мg.

Подтип 3б особенно характерен для сильно минерализованных вод лагунного происхождения. В водах этого подтипа Сl уравновешивает даже часть ионов кальция.

---

Смотрите также файлы

• Tema_3_GIDROLOGIYa_OZERA.doc

• Tema_4_GIDROLOGIYa_VODOKhRANILISchA.doc

• Tema_5_GIDROLOGIYa_LEDNIKI.doc

• TEMA_6_GIDROLOGIYa_BOLOTA.doc

• TEMA_7_GIDROLOGIYa_PODZEMNYE_VODY.doc