Характеристика водойм і особливих водних об’єктів. Визначення фізико-хімічних властивостей води та гідрологія річок. Гідрографічна характеристика річки та її басейну. Побудова поперечного профілю русла річки і обчислення його морфометричних характеристик.
Аннотация к работе
.1 Узагальнені знання з навчальної дисципліни, що формуються в процесі навчальної та наукової діяльностіНавчальна дисципліна «Загальна гідрологія» вивчає природні води Земної кулі, гідрологічні процеси й явища, а також закономірності їх розвитку у взаємозвязку з атмосферою, літосферою та біосферою. Предметом вивчення є водні обєкти: океани, моря, річки, озера, водосховища, болота та льодовики, підземні води. Дисципліни, що забезпечують викладання загальної гідрології - фізика, хімія, біологія, математика тощо. Загальна гідрологія входить до циклу інших дисциплін, що викладаються студентам-географам, і тісно повязана, з таким дисциплінами як метеорологія і кліматологія, геологія з основами геоморфології, ґрунтознавство тощо. Кругообіг речовин на земній кулі, що містяться у воді.22. фази стану води Характеристика водойм (озер, водосховищ) та особливих водних обєктів (підземних вод, льодовиків). Добовий та річний хід температури води в озері. Баланс криги та води у льодовиках. Спеціальні роботи наукового спрямування включають у себе вирішення таких питань: аналіз водного режиму річки; аналіз розподілу стоку по території України; оцінка якості поверхневих вод за ІЗВ; екологічна оцінка якості поверхневих вод за відповідними категоріями; аналіз розподілу температури і солоності води у Світовому океані.
План
Зміст
1. Місце та значення навчальної дисципліни
2. Загальний зміст
2.1 Навчальна, аудиторна та позааудиторна, складова дисципліни (72 години)
2.1.1 Нормативні навчальні елементи за модулем 1
2.1.2 Нормативні навчальні елементи за модулем 2
2.1.3 Нормативні навчальні елементи за модулем 3
2.2 Семінари та контроль-колоквіум за науковим спрямуванням (10 годин)
2.3 Наукова, аудиторна та позааудиторна, складова дисципліни ( 26 годин)
3. Кваліфікаційні вимоги до знань та умінь майбутніх фахівців-географів (знання, уміння)
Список литературы
Лабораторна робота № 1
Запитання для самоперевірки
Література
Лабораторна робота № 2
Запитання для самоперевірки
Література
Лабораторна робота № 3
Запитання для самоперевірки
Література
Лабораторна робота № 4
Запитання для самоперевірки
Література
Лабораторна робота № 5
Запитання для самоперевірки
Література
Лабораторна робота №6
Запитання для самоперевірки
Література
Лабораторна робота № 7
Запитання для самоперевірки
ЛітератураОсновна
Богословський Б.Б., Самохин А.А., Иванов К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 420с.
Загальна гідрологія. Підручник / Левківський С.С., Хільчевський В.К., Ободовський О.Г., Будкіна Л.Г. та ін. - К.: Фітосоціоцентр, 2000. - 264с.
Гопченко Є.Д, Гушля О.В. Гідрологія суші з основами водних меліорацій.-К, 1994.- 295 с.
Дорошин Ю.П. Региональная океанография. - М., 1986. - 173с.
Коненко Г.Д. Гідрологія ставків і малих водоймищ України. - К.: Наукова думка, 1991. - 350с.
Малі річки України. Довідник/ А.В.Яцик, Л.Б.Бишовець, Є.О.Богатов та ін.; За ред. А.В.Яцика - К.: Урожай, 1991. - 294с.
Методика економічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями. / В.Д. Романенко, В.М. Жулинський, О.П. Оксинюк та ін., - К.: Символ. - Т., 1998. -28с.
Хільчевський В.К. Водопостачання і водовідведення: гідроекологічні аспекти. - К.: ВЦ «Київський університет», 1999 - 264 с.
Яцык А.В. Экологические основы рационального водопользования. - К.:Генеза, 1997. - 640 с.
Лабораторна робота № 1
Гідрографічна характеристика річки та її басейну
Річка - це водотік значних розмірів, що живиться атмосферними опадами зі свого водозбору та має чітко виявлене русло [2].
Зміст роботи
1. Провести вододільну лінію басейну річки та визначити її довжину.
2. Визначити площу басейну річки, площу лівобережної і правобережної частин басейну.
3. Визначити довжину басейну, середню і максимальну ширину.
4. Обчислити коефіцієнт розвитку вододільної лінії й асиметрію басейну.
5. Визначити довжину річки , її приток та протяжність річкової мережі.
6. Обчислити коефіцієнт звивистості головної річки і густоту річкової мережі.
7. Визначити падіння і поздовжній похил головної річки.
8. Побудувати гідрографічну схему головної річки та її основних приток.
9. Дати загальну характеристику річки та її басейну.
Виконання роботи
1. Межею водозбору річки є вододільна лінія, яка відділяє даний річковий басейн від інших і розмежовує поверхневий стік сусідніх водозборів. Вододільну лінію проводять у відповідності з рельєфом місцевості по найвищих відмітках. Замикається вододільна лінія біля гирла розрахункового створу (рис.1).
Рис. 1. Довжина басейну річки: а - по прямій лінії; б - по медіані; в - по ламаній лінії
Довжина вододільної лінії (S) вимірюється циркулем - вимірником розхилом 1-2 мм і визначається як середнє із 2-3 вимірів. Значення довжини вододільної лінії у сантиметрах помножимо на масштаб карти і визначимо довжину вододільної ліні у кілометрах. Довжина вододільної лінії вираховується за формулою: S = n a, де: n - середнє значення розхилу циркуля-вимірника;
a - масштаб карти.
2. Річковий басейн - це водозбір річки чи річкової системи.
Площа басейну (F,км 2) річки - це площа, яка обмежена вододільною лінією. Для її визначення використовують різні способи: графічний, планіметрування, геометричний і аналітичний. Оскільки вихідним матеріалом є карта дрібного масштабу, рекомендується використовувати графічний спосіб (спосіб квадратної палетки).
При використанні цього методу заготовляють спеціальну палетку. На палетку наносять сітку з чашечками з боками по 2 мм. В залежності від масштабу карти, за якою визначається площа контуру, знаходиться ціна поділу кожної чашечки в км2.
Палетка наноситься на контур басейну і відраховується кількість повних чашечок і частка неповних. Загальна кількість чашечок у контурі множена на ціну поділу дає площу басейну (табл.1).
Таблиця 1. Визначення площі басейну річки палеткою
Карта масштабу _____________
№№ клітинок Площа клітинки, км2 aбас = км2
3. Довжина басейну річки (Lб) - це відстань від гирла до найвіддаленішої протилежної точки басейну. Ця лінія завжди знаходиться у контурі басейну. При правильній формі басейну довжина визначається по прямій лінії від гирла до найвіддаленішої точки басейну. Якщо басейн вигнутий чи складної форми, то довжина визначається циркулем-вимірником розхилом (1-2 мм) по медіані або пряма лінія замінюється на ламану, котра повторює контури русла (рис. 1 а, б, в). Виміряну довжину басейну (у см) переводимо в кілометри, із точністю до 0,1 км.
Середня ширина басейну (Всер, км) вираховується за формулою: Всер = , де: F - площа басейну, км 2 ;
Lб - довжина басейну, км.
Максимальна ширина басейну (B max, км) визначається як довжина прямої, перпендикулярної до довжини басейну в його найширшому місці.
Лінію довжини басейну річки й лінію максимальної ширини басейну слід нанести в контурі басейну (рис.1)
4. Коефіцієнт розвитку вододільної лінії басейну (m), що характеризує конфігурацію річкового басейну і являє собою відношення довжини вододільної лінії (S) до довжини кола круга (S"), площа якого дорівнює площі басейну (F). Він обчислюється за формулою: m =
Найменше можливе значення коефіцієнта m дорівнює одиниці, а з його збільшенням форма річкового басейну дедалі більше відрізняється від форми круга.
Коефіцієнт асиметрії (а) - характеризує нерівномірність розподілу площ лівобережної й правобережної частин басейну. Визначається за формулою: a = де: Fл - площа лівобережної частини басейну, км ;
Fпр - площа правобережної частини басейну, км .
5. Довжина головної річки (L, км) і довжина її приток (l1, l2, 1n ) визначається по карті циркулем-вимірником розхилом 1-2 мм дворазовим ходом (від гирла до витоку і від витоку до гирла). Розходження повинні бути не більше 2%. Довжина головної річки вимірюється від гирла до місця впадіння 1 притоки, потім від 1 притоки до другої і т.д. За даними вимірювань складається табл. 2.
Таблиця 2. Довжина річки
Масштаб карти ______________
Кількість відкладів циркуля розхилу
Назва ділянки перше вимірювання друге вимірювання середнє Довжина, км Довжина, яка зростає від гирла до витоку, км
Загальна довжина головної річки (L)__________ км
Довжина прямої, яка зєднує витік із гирлом (L") __________ км
Так само визначаємо довжину приток річки (табл.3).
Таблиця 3
Довжина приток річки
Масштаб карти ______________
Назва притоки Кількість відкладів розхилу циркуля Довжина водотоку, км Поправочний коефіцієнт Істинна довжина, км перше вимірювання друге вимірювання середнє
Загальна довжина приток ( a L )____________ км
Протяжність річкової мережі (a L) визначається як сума головної річки і всіх приток: a L = L a L ___________ км.
Точність вимірювання довжини річки циркулем-вимірником залежить від характеру її мікрозвивистості, тому в одержані вимірювання (табл.2,3) вводиться поправочний коефіцієнт на звивистість (рис.2).
За міру звивистості річки приймають коефіцієнт звивистості (рис. 2), який дорівнює відношенню довжини головної річки (L) до довжини прямої (L"), яка сполучає гирло й початок річки: K =
Коефіцієнт густоти річкової мережі (D, км/км2) визначається за формулою: D = , де: a L - загальна довжина річкової мережі, км;
7. Падіння річки (h) - це різниця відміток височин початку (H u) та гирла (Ho) і визначається за формулою: h = H u - H o
Похил річки (І) визначається як відношення величини падіння (h) до довжини річки (L): I =
8. За даними табл. 2,3 будуємо гідрографічну схему річки та її головних приток. Схема виконується на аркуші білого або міліметрового паперу. Головна річка зображається у вигляді прямої лінії, притоки першого порядку - у вигляді відрізків прямої під кутом 30-45° до головної річки. Притоки другого, третього порядку та інші зображаються так само. Схема виконується в масштабі. Стрілкою показується напрямок течії річки (рис. 3).
9. За даними результатів виконаної роботи (пункти 1-8) скласти опис річки і її басейну.
Запитання для самоперевірки
Що таке річка, із яких частин вона складається?
Яка різниця між басейном та водозбором річки?
Що таке вододіли річкових басейнів?
Які морфометричні характеристики річкового басейну?
Як визначали довжину вододільної лінії?
Яким способом визначали площу басейну річки?
Дайте визначення довжини басейну і як можна її визначити?
Як визначити середню й максимальну ширину річки?
Як можна визначити коефіцієнт асиметрії басейну? Що характеризує цей коефіцієнт?
Як можна визначити коефіцієнт розвитку вододільної лінії? Що характеризує цей коефіцієнт?
Дайте визначення довжини річки і річкової мережі.
Дайте визначення коефіцієнта густоти річкової мережі.
Як можна визначити коефіцієнт звивистості річки.
Література
Апполов Б.А. Учение о реках. -М.: МГУ, 1963.-518 с.
Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. - М.: Высш. школа, 1991. - С. 127-137.
Самохин А.А., Соловьева Н.Н., Догановский А.М. Практикум по гидрологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - С. 143-169
Лабораторна робота № 2
Побудова поперечного профілю русла річки і обчислення його морфометричних характеристик
Поперечним профілем русла називають площину, яка перпендикулярна до напряму течії потоку і обмежена знизу дном, із боків схилами русла, а зверху лінією горизонту води [5].
Зміст роботи
1. Побудувати поперечний профіль русла річки.
2. Опрацювати журнал результатів промірів: а) визначити відстань між промірними вертикалями;
б) обчислити середню глибину між промірними вертикалями;
в) визначити площу між промірними вертикалями.
3. Обчислити площу водного перерізу річки.
4. Визначити ширину річки.
5. Визначити максимальну та середню глибини річки в даному перерізі.
6. Визначити величину змоченого периметра.
7. Обчислити гідравлічний радіус.
Виконання роботи
1. Поперечний профіль будують на міліметровому аркуші паперу у масштабах: горизонтальний 1 см - 2 м, вертикальний 1см - 0,2 або 0,5 м (рис.1). Профіль будують за даними промірів русла. Точки дна зєднують прямими лініями. Нижче профілю (під відповідними промірними вертикалями) виписують результати проміру.
Рис.1. Поперечний профіль річки
2. Опрацювання журналу промірів (табл.1): а) Відстань між промірними вертикалями (графа 4 табл.1) визначається, як різниця відстані від постійного початку профілю до першої промірної вертикалі й урізу близького берега, а потім кожної наступної промірної вертикалі і попередньої. б) Середня глибина між промірними вертикалями (графа 5) визначається як півсума глибин двох суміжних вертикалей. в) Схема обчислення часткових площ між промірними вертикалями показана на рис. 2. Як видно з рис. 2, промірні вертикалі розбивають водний переріз на ряд трапецій і тільки берегові його ділянки можуть мати форму прямокутного трикутника, якщо глибина на урізі води дорівнює нулю. Площа (wi) кожної трапеції може виражатися формулою: wi =
де: h n -2, h n -1 - глибина суміжних промірних вертикалей;
bn -1 - відстань між вертикалями.
Площа берегової ділянки, яка має форму трикутника, обчислюється за формулою: wi =
Рис. 2. Схема обчислення площі водного перерізу і довжини змоченого периметру
3. В журналі промірів (табл.1) загальна площа водного перерізу визначається як сума окремих площ, тобто шляхом складання величин, які містяться у графі 6: w = a wi
4. Ширина річки (В) - це відстань між урізами берегів, визначається за формулою: B = ln - l1, де: ln - відстань від постійного початку профілю до урізу далекого берега;
l1 - відстань від постійного початку профілю до урізу близького берега.
Максимальна глибина на профілі встановлюється за даними промірного журналу. Середня глибина (hcep)- частка від ділення площі водного перерізу на ширину річки: hcep =
6. Змочений периметр (Р) - довжина підводного контуру поперечного перерізу водотоку. Схема обчислення довжини змоченого периметру показана на рис. 2. Змочений периметр обчислюється за формулою: P = де: b - відстань між промірними вертикалями, м ;
h - глибина вертикалей, м.
7. Гідравлічний радіус (R) - частка від ділення площі водного перерізу на довжину змоченого периметру: R =
Таблиця 1
Журнал промірів русла річки _____________________
Рівень води _________ Дата _____________
Профіль № ____
Номер точки Відстань від постійного початку, м Глибина, м Відстань між промірними вертикалями, м Середня глибина між промірними вертикалями, м Площа між промірними вертикалями, м 2
1 2 3 4 5 6
Лабораторну роботу можна виконати і за допомогою компютера.
Порядок виконання
Визначення морфометричних характеристик ділянки русла між промірними точками. a Уведіть дані таблиці (табл. 1). a Обчисліть середню глибину між промірними точками, уводячи в строку з адресою Д формулу = (С3 С4)/2 (С3 і С4 - адреса чарунки з даними про глибини на урізах лівого берега і у першій промірній точці). Потім необхідно скопіювати формулу для всіх промірних точок. a Обчислити відстань між промірними точками, уводячи в чарунку за адресою Е4, формулу = В4 - В3 (В4 і В3 - адреса чарунки з даними про відстань від постійного початку до першої промірної точки і до уріза лівого берега, відповідно). Потім необхідно скопіювати формулу для всіх промірних точок. a Обчисліть змочений периметр між промірними точками у вікні F3 за формулою: = корінь (Е4 ^ 2 (С4 - С3) ^ 2). a Обчисліть площу між промірними точками. У першу чарунку за адресою G уведіть формулу множенням відстані між промірними точками на середню глибину між цими точками. Потім необхідно скопіювати формулу для всіх промірних точок. Приклад обчислення морфометричних характеристик поперечного січення русла (див. табл. 2).
Таблиця 2
Приклад обчислення журналу____________________________________
№ А Б С Д Е F G
1 Дані промірних точок
2 № Відстань від постійного початку, м Глибина м Середня глибина між точками, м Відстань між промірними точками, м Змочений периметр між точками, м Площа між промірними точками, м2
a Обчисліть площу поперечного січення (w), використовуючи дані розрахунків табл. 1 і функцію СУМ. a Обчисліть ширину річки(В), уводячи формулу різниці відстаней від постійного початку до правого і лівого урізків води. a Обчисліть середню глибину (hcep) у поперечнику, уводячи формулу відношення площі поперечного січення до ширини річки. a Обчисліть максимальну глибину (h max), використовуючи дані табл. 1 і функцію МАКС. a Обчисліть змочений периметр поперечного січення (Р), використовуючи дані розрахунків табл. 1 і функцію СУМ. a Обчисліть гідравлічний радіус (R) поділом площі водного січення на змочений периметр.
Запитання для самоперевірки
Дайте визначення поперечного профілю річки.
Які морфометричні елементи живого перерізу?
Дайте визначення ширини річки.
Дайте визначення змоченого периметра.
Дайте визначення гідравлічного радіуса.
Як визначити середню і максимальну глибину річки?
Як визначається відстань між промірними вертикалями?
Як визначається середня глибина між промірними вертикалями?
Як можна визначити площу між промірними вертикалями?
Географический энциклопедический словарь. - М.: Советская енциклопедия, 1988.- 238 с.
Давыдов Л.Н., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973.- С. 225-227.
Загальна гідрологія. Підручник /Левківський С.С., Хільчевський В.К., Ободовський О.Г., Будкіна Л.Г., Гребінь В.В., Закревський Д.В., Лисогор С.М., Падун М.М., Пелешенко В.І. - К. : Фітосоціоцентр, 2000. - 264 с.
Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология.- М.: Высшая школа, 1991.- с. 133-135.
Чеботарев А.И. Общая гидрология.- Л.: Гидрометеоиздат, 1975.- С.246-250.
Лабораторна робота № 3
Середній багаторічний стік
Однією з основних гідрологічних характеристик є середній багаторічний стік. Характеристики річкового стоку служать основою багатьох гідрологічних розрахунків і прогнозів і використовуються у забезпеченні різних галузей народного господарства гідрометеорологічною інформацією.
До основних характеристик стоку відносять: середню багаторічну витрату води, обєм стоку за певний період часу, модуль стоку, висота шару стоку і коефіцієнт стоку.
Зміст роботи
1. Обчислити середню багаторічну витрату води.
2.Визначити обєм стоку, модуль стоку, висоту шару стоку і коефіцієнт стоку.
3. Обчислити модульні коефіцієнти за кожен рік.
4. Накреслити графік зміни річних витрат або модульних коефіцієнтів за період спостережень.
5. Скласти аналіз ходу стоку річки, її водності, виділити багатоводні періоди і періоди маловоддя.
Виконання роботи
Стік - це переміщення води по земній поверхні, а також у товщі грунту та гірських породах у процесі кругообігу її в природі.
1. Витрата води (Q, м3 /с ) -це обєм води (у м3), що протікає через живий переріз водотоку за одиницю часу (секунду) і може бути визначена за формулою: Q = , де: AQI -сума середньорічних витрат води за весь період дослідження, м3/с; n - кількість років спостережень.
Таблиця 1
Середні річні витрати води
Річка__________________
Пункт____________________
Площа басейну____________ км2
Середній річний шар опадів ___________ мм
Рік Середні річні витрати води, м3/с Модульний коефіцієнт
1 2 3
Основними характеристиками стоку є: 2.1.Модуль стоку М (л/с · км2) - кількість води ,що стікає з одиниці площі водозбору за одиницю часу і визначається за формулою: М = , де: Q - середня багаторічна витрата води (м3/с);
F - площа басейну, км2; 103 - перевідний множник із м 3 у літри.
2.2. Сумарний обєм стоку W(м3/рік) - обєм води, що стікає з водозбору за певний проміжок часу ( рік, місяць, добу): W = Q · T, де: Т - кількість секунд за рік ; Т=86400 · 365=31,5 · 106 с.
2.3. Шар стоку (мм) - це кількість води, що стікає з водозбору за певний проміжок часу, подана у вигляді товщини шару, рівномірно розподіленого по площі цього водозбору і визначається за формулою: у = , де: 103 - перевідний множник із м у мм ;
106 - перевідний множник із км2 у м2.
2.4. Коефіцієнт стоку (h ) - це відношення величин стоку ( y ) до кількості опадів ( х ), що випали на площу водозбору та спричиняють виникнення стоку: h =
3. Модульні коефіцієнти (Км) визначають із відношення стоку даного року ( Q i ) до середнього багаторічного значення ( Q) стоку: K м =
Модульний коефіцієнт характеризує водність даного року. Якщо значення Км - понад 1,0, то роки багатоводні, а менше 1,0 - маловодні.
Сума модульних коефіцієнтів за певну кількість років має дорівнювати кількості років. Вирахувані модульні коефіцієнти заносяться до таблиці 1.
Графік зміни річних витрат або модульних коефіцієнтів будується на стандартному аркуші міліметрового паперу ( рис. 1). У масштабі на горизонтальній осі відкладають роки, на вертикальній - відповідні витрати або модульні коефіцієнти. Точки сполучають під лінійку. На графіку слід провести горизонтальну лінію, яка відповідає величині середнього багаторічного стоку, або модульного коефіцієнта, рівного 1.0.
За результатами обчислень і графічної побудови необхідно зробити аналіз ходу стоку річки, зміни її водності, виділити багатоводні та маловодні періоди.
Лабораторну роботу можна виконати за допомогою компютера.
Порядок виконання
Обчислити середню багаторічну витрату води. a Уведіть дані таблиці (табл. ).
Таблиця 2
Річка _________________ Площа басейну ______ км2
Пункт ________________ Середній річний шар опадів _____ мм
Рік Середні річні витрати води, м3/с Модульний коефіцієнт
1991 0,47
1992 0,23
1993 0,35
.... ....
2005 0,80
a Відкриваєте програму Microsoft Excel і створюєте таблицю: № А В С Д
1. Рік Середні річні витрати води, м3/с Середня багаторічна витрата води, м3/с Модульний коефіцієнт
2. 1991 0,47 0,49 = В2 : С2
3. 1992 0,23 a a
4. 1993 0,35 a a
5. .... .... .... ....
6. 2005 0,80 a a
7. = СУМ a Потім визначаєте середню багаторічну витрату води, уводячи в чарунку В7 формулу: СР ЗНАЧ (В2 : В6) ОК. Значення середньої багаторічної витрати води занесли в усі чарунки за адресою С (С2 - С6).
Обчисліть модульні коефіцієнти за кожен рік, уводячи в чарунку Д2 формулу: = В2 : С2. Потім необхідно скопіювати формулу для модульних коефіцієнтів.
Сума модульних коефіцієнтів за певну кількість років має дорівнювати кількості років. Для визначення суми модульних коефіцієнтів уведіть формулу: = СУМ (Д2 : Д6)
Визначити характеристики стоку: Т=31,54*106 с; F=3150 км2; у=450 мм.
№
9. W (сумарний обєм стоку, м3/ рік) = В7*31,54*106
10. M (модуль стоку, л/с . км2) = (В7*103) / 3150
11. y (шар стоку, мм) = С9 / 3150
12. h (коефіцієнт стоку) = С11 / 450
Запитання для самоперевірки
Дайте визначення стоку.
Які основні характеристики стоку?
Дайте визначення витрати води.
Як визначається обєм стоку?
Як визначається висота шару стоку?
Як визначається модуль стоку?
Як визначається коефіцієнт стоку?
Як визначається модульний коефіцієнт? Що він характеризує?
Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология : Учеб. для геогр. спец. вузов. - М. : Высшая школа, 1991. - С. 154-158.
Самохин А.А., Соловьева Н.Н., Догановский А.М. Практикум по гидрологии. - Л. : Гидрометеоиздат, 1980. - С. 177-181 .
СНИП 2.01.14.-83. Определение гидрологических характеристик.- М. : Госстрой, 1983. - 97 с.
5. Чеботарев А.И. Общая гидрология. - Л. : Гидрометеоиздат, 1975.- С. 300-340
Лабораторна робота № 4
Розчленування гідрографа річкового стоку
Гідрограф - це хронологічний графік зміни щоденних витрат води у певному створі водотоку (рис.1).
Розчленування гідрографа - це графічне виділення на гідрографі обємів води, які сформувалися за рахунок різних джерел живлення (рис.2).
Розчленування гідрографа за джерелами живлення необхідне для дослідження процесів формування стоку, а також для розвитку генетичних методів гідрологічних розрахунків та прогнозів.
Виділяють чотири види живлення річок: снігове, дощове, підземне, льодовикове (останнє на Україні - відсутнє). Кількість води, яку одержують річки від того або іншого джерела живлення, неоднакова в різних районах й залежить від сукупності фізико-географічних факторів, серед яких найважливішу роль відіграють кліматичні умови.
У водному режимі річок відзначається закономірне чергування протягом року періодів підвищеної та низької водності, які відбивають зміни умов живлення річки. Ці періоди називаються фазами водного режиму. Основними фазами водного режиму є водопілля, межень літня та зимова, фаза осінніх дощових паводків.
Водопілля - це фаза водного режиму річки у період весняного сніготанення, що характеризується високою водністю (рис.1). Кожне водопілля характеризується датою початку підйому та кінця спаду, датою проходження максимуму, обємом водопілля. За часом настання водопілля може бути весняним, весняно-літнім, літнім. За формою гідрографа весняне та весняно-літнє водопілля найчастіше буває одновершинним, а літнє - багатовершинним, що повязане з коливанням температури повітря та зміною інтенсивності випадання дощів.
Різновидністю водопілля є повідь - це дуже високі водопілля, які призводять до затоплення значних площ у долинах річок.
Паводок - це фаза водного режиму річки, що може багаторазово повторюватися в різні сезони року, характеризується інтенсивним збільшенням витрат і рівнів води внаслідок дощів чи сніготанення під час відлиг. За часом настання паводки можуть бути зимовими, літніми, осінніми (менш чітко виражені та менш регулярні) та протягом усього року. Гідрограф стоку паводків складний, багатовершинний (рис.1). Паводки поділяються на місцеві та транзитні, або верхові, які утворилися від дощів, котрі випали вище по течії. Обєм води за паводок залежить від кількості опадів, тривалості їх та втрат на випаровування та просочування. Висота паводка залежить від інтенсивності дощу і морфології русла та заплави.
Межень - це фаза водного режиму річки, що повторюється щороку в одні й ті самі сезони та характеризується невеликою водністю, яка створюється внаслідок зменшення живлення річки. В цей час річка живиться в основному підземними (ґрунтовими водами). За часом настання межень буває літньою та зимовою, за характером коливання витрат - стійкою (степові рівнинні річки) і нестійкою, переривчастою (гірські річки); тривалою і короткою, за водністю - високою та низькою. Час настання і тривалість межені залежить від факторів, які визначають водний режим річок.
Зміст роботи
Користуючись «Гідрологічним щорічником», складіть таблицю щоденних витрат води досліджуваної річки.
Складіть таблиці опадів та температури повітря району дослідження.
Побудуйте гідрограф річки.
Розчленуйте гідрограф річкового стоку за типами живлення.
Визначте величину кожного типу живлення (у відсотках від річного стоку) та переважаючий тип живлення.
Виконання роботи
1. Таблиця щоденних витрат води складається за даними «Гідрологічних щорічників» (табл.1).
2. Дані температури повітря і опадів вибираємо з метеорологічних довідників.
3. Гідрограф річки будується на аркуші міліметрового паперу. В масштабі по вертикалі відкладаємо щоденні витрати води, по горизонталі - дні (наприклад, в 1мм - 2 дні) (рис.3).
На цьому ж графіку розташовують графіки зміни опадів і температури повітря (вище гідрографа).
4. Кількісна оцінка частки різних видів живлення у формуванні стоку зазвичай здійснюється за допомогою графічного розчленування гідрографа за видами живлення.
Найпростіший спосіб розчленування гідрографа полягає в тому, що на гідрографі прямими або плавними лініями зєднують точки мінімальних витрат передвесняного періоду і усі поодинокі мінімуми меженного періоду в проміжках між паводками. Виділення літніх паводків у даному випадку здійснюється шляхом перетину гілок підняття з лінією підземного стоку. За таким способом розчленування гідрографа не враховуються особливості режиму стоку підземних вод у річці, що є суттєвою недостачею.
Пропонуються й інші способи розчленування. Так, А.В. Огієвський запропонував таку схему, спочатку проводять лінію глибоководного живлення, яка відповідає мінімумам посушливих років. Потім проводять лінію виснаження підземного живлення до перетину з глибоководним, далі живлення вважається постійним до максимуму весняної повені. Потім підземне живлення збільшується до точки кінця спаду весняної повені, яку потім плавно зєднують із літнім мінімумом, після чого вона знову починає зростати.
Найбільш важко виділити підземне живлення в період повені або великих паводків. В залежності від характеру взаємодії поверхневих і підземних вод Б.В. Поляковим, Б.І. Куделіним, К.В. Воскресенським, М.І. Львовичем, О.В. Поповим і ін. дослідниками запропоновано ряд схем розчленування гідрографа. Найбільш загальні закономірності такі. За відсутністю гідравлічного звязку річкових та ґрунтових вод, що характерно для гірських річок, підземне живлення в період повені або високого паводка повторює хід гідрографа, але в більш згладжуваному вигляді і з деяким запізненням максимуму в часі (рис.2, I). При наявності постійного або тимчасового гідравлічного звязку річкових і ґрунтових вод на підйомі водопілля, внаслідок підпору річкою ґрунтових вод, підземне живлення зменшується і досягає свого мінімуму при найбільшому рівні води в річці (рис.2, III). При тривалому стоянні високих рівнів, що найбільш характерно для великих річок, відбувається фільтрація річкової води в грунт («відємне підземне живлення» рис.2, V), а на спаді повені або на початку межені ці води повертаються до річки. Якщо не має даних про взаємозвязок річкових і ґрунтових вод (для рівнинних річок), то умовно приймають величину підземного живлення в період піку водопілля рівною нулю (рис.2, IV).
Але в багатьох випадках, особливо на середніх та малих річках, межа підземного живлення на гідрографі проводиться по прямій лінії, яка зєднує точки початку і кінця водопілля (рис.2, II).
Виникають труднощі також і під час поділу дощового та снігового живлення, особливо навесні та восени. В цих випадках для більш надійного розчленування гідрографа за видами живлення потрібно знати дані дощових опадів та температури повітря (рис.3).
Вам потрібно зробити розчленування гідрографа одним із наведених методів.
5. Площа, обмежена лінією гідрографа та осями координат, відповідає 100 % річного стоку. Площі, що відповідають окремим видам живлення, необхідно співвіднести до загальної площі і тоді ми отримаємо кількісний вислів типів живлення досліджуваної річки та визначимо переважаюче з них.
За результатами розрахунків та графіком необхідно скласти аналіз умов формування стоку річки її живлення. При цьому необхідно керуватися також загальними даними про річки, які є в «Гідрологічному щорічнику»: площа водозбору, довжина, де протікає і куди впадає річка.
Запитання для самоперевірки
Які основні джерела живлення річок?
Якими основними факторами обумовлюється водоносність річок і як вона змінюється?
Дайте визначення водопілля (повені).
Дайте визначення паводка.
Дайте визначення межені.
Дайте визначення гідрографа.
Класифікація В.Д.Зайкова.
Класифікація М.І.Львовича.
Література
Апполов Б.А. Учение о реках.- М.: МГУ, 1963.- 518 с.
Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология.- М.: Высшая школа, 1991.- С. 127-137.
Лабораторна робота № 5
Розподіл температури води в озері з глибиною
Температурний режим вод озер залежить від співвідношення між надходженням і втратою тепла, від розподілу цього тепла в озерній воді.
Основним джерелом тепла, яке надходить на водну поверхню озера влітку, є сонячна радіація. Інші джерела тепла (конвекція, турбулентний теплообмін з атмосферою, дном та берегами, надходження тепла за рахунок притоку річкових вод) приносять до озера незначну кількість енергії.
Основними втратами тепла є втрати на випаровування. Утрати тепла на турбулентний теплообмін та на випромінювання невеликі.
Унаслідок коливання основних елементів теплового балансу запаси тепла в озерах періодично змінюються, тому вода в них нагрівається або охолоджується.
За особливостями температурного режиму озер помірного поясу виділяють три основні періоди: весняного й літнього нагрівання та осіннього охолодження.
Перед скресанням навесні з посиленням сонячної радіації поверхневі шари води нагріваються. Теплі, більш густі частки води опускаються глибше, а на їхнє місце піднімаються холодні, менш густі. Виникає конвекційне перемішування і вся товща води в озері набуває температури, яку має вода в придонному шарі. Настає період весняної гомотермії (явище незмінності температури води по глибині водойми), яка триває доти, поки вся маса води не прогріється до температури найбільшої густини - 4 °С
При подальшому нагріванні більш теплі води зосереджуються в поверхневих шарах, а холодніша вода - коло дна. Виникає пряма температурна стратифікація. У верхньому прогрітому шарі встановлюється більш-менш однорідна температура (епілімніон), тим часом як у глибинних шарах зберігаються холодні води (гіполімніон). Між теплим і холодним шарами води є проміжний шар, температура якого різко знижується з глибиною (металімніон).
Період осіннього охолодження характеризується охолодженням води спочатку в поверхневому шарі, а потім по всій товщі до температури найбільшої густини - 4 °С (осіння гомотермія). При дальшому охолодженні виникає обернена стратифікація (підвищення температури з глибиною), температура поверхневих вод знижується до 0 °С і озеро вкривається льодом.
Зміст роботи
Побудувати графік розподілу температури води з глибиною за даними спостережень.
Виділити на графіку прямої температурної стратифікації горизонтальними лініями епілімніон, металімніон і гіполімніон.
Визначити вертикальний градієнт температури у шарі температурного стрибка.
Дати аналіз зміни температури води в озері з глибиною.
Виконання роботи
Графік розподілу температури води в озері з глибиною будується на міліметровому аркуші паперу. На вертикальній осі (від лінії поверхні вниз) відкладаються глибини, а по горизонтальній осі - температури. Потім будується графік - наносяться точки, що відповідають температурі води на різних глибинах. Одержані точки зєднуємо плавною лінією. Саме ця лінія характеризує розподіл температури води в озері від поверхні до дна ( рис. 1 ) за певний період року.
На графіку прямої температурної стратифікації (рис. 1) горизонтальними лініями виділяємо епілімніон, металімніон і гіполімніон.
Для визначення температурних градієнтів на графіку прямої стратифікації у межах шару температурного стрибка необхідно виділити ділянки з різним ступенем падіння температури з глибиною. Температурний градієнт визначається за формулою: q = , де: Dt - зміна температури на ділянці Dh глибини.
4. Використовуючи таблицю вихідних даних та графік, зробити аналіз зміни температури води в озері з глибиною на протязі року.
Запитання для самоперевірки
Дайте визначення озера.
Які особливості термічного режиму озер?
Рівняння теплового балансу озера.
Що таке зворотна температурна стратифікація?
Що таке пряма температурна стратифікація?
Що таке гомотермія?
Що таке металімніон?
Що таке гіполімніон?
Що таке епілімніон?
Класифікація Ф.А.Фореля.
Література
Загальна гідрологія. Підручник / Левківський С.С., Хільчевський В.К., Ободовський О.Г. та ін. - К.: фітосоціоцентр, 2000.- 264 с.
Богословський Б.Г. Озероведение.- М., 1960.- 335 с.
Викулина З.А. Водный баланс озер и водохранилищ Советского Союза - Л.: Гидрометеоиздат, 1979.- 176 с.
Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология: Учебник для географ. спец.вузов.- М.: Высшая школа, 1991.- 368 с.
Тихомиров А.И. Термика крупных озер.- Л.: Гидрометеоиздат, 1977.- 232 с.
Чеботарев А.И. Общая гидрология.- Минск, 1990.
Лабораторна робота №6
Розрахунок індексу забрудненості поверхневих вод
Методика оцінки якості води за індексом забрудненості води (ІЗВ) була рекомендована для використання підрозділом Держкомгідромету. Це одна з найпростіших методик комплексної оцінки якості води.
Зміст роботи
Визначити індекс забрудненості вод.
Визначити клас якості поверхневих вод.
Дати аналіз якості поверхневих вод.
Виконання роботи
1. Розрахунок індексу забрудненості поверхневих вод (ІЗВ) проводиться за обмеженим числом інгредієнтів. За результатами аналізів по кожному з показників визначається середнє арифметичне значення. Кількість аналізів для визначення середнього значення повинно бути не менше 4. Для поверхневих вод кількість показників, яка береться для розрахунку ІЗВ, повинна бути не меншою 6. До цих показників відносять: азот амонійний, азот нітритний, нафтопродукти, феноли, розчинений кисень, біохімічне споживання кисню (БСК5).
Середню концентрацію (С) азоту амонійного, азоту нітритного, нафтопродуктів і фенолів порівнюємо з їх гранично допустимими концентраціями (табл. 1): Таблиця 1.