15

Ведение

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Общая гидрология» предназначены для студентов-географов и экологов дневной и заочной форм обучения. Они составлены в соответствии с действующей программой и с учетом новейших достижений науки. Тематика и содержание приведенных лабораторных работ ориентированы на работу с подготовленным для географов профильным учебником «Общая гидрология» (авт. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., 1991). В то же время учтена необходимость максимальной активизации самостоятельности студентов.

Методические указания построены таким образом, чтобы студенты получили общие сведения о масштабах и разнообразии различных гидрологических явлений и объектов, закономерностях их распространения, роли в природе и жизни человека, научились определять гидрографические и гидрометрические характеристики и элементы стока, анализировать и обрабатывать любую информацию о водах разного генезиса в различных уголках земного шара.

Методические указания охватывают 12 тем, включающих 22 задания, для выполнения которых необходимо использование картографических и литературных источников, приведенных в библиографическом списке. Каждая тема состоит из двух частей: теоретической и практической. В первой из них приводится необходимый минимум основных понятий и определений, которые обеспечивают возможность успешного выполнения практической части работ. Наличие 2-3 заданий в отдельных темах позволяет более гибко подходить к изучению рассматриваемого раздела, улучшить условия индивидуального подхода в обучении студентов с различным уровнем усвояемости материала. Кроме того, это позволяет углубить и расширить диапазон возможных направлений исследования.

Для успешного выполнения лабораторных работ рекомендуется соблюдать следующие требования:

• Задания аккуратно выполняются в отдельной тетради;

• Обязательно указываются тема, задание, приводятся табличные и графические материалы, перечисляются этапы выполнения работы, пишется вывод;

• Графические материалы выполняются в тетради на миллиметровке или кальке простым карандашом с указанием масштабов, необходимых индексов, легенды, нумерации и подписи к рисункам (выполняется снизу). Готовые графики подклеиваются в тетрадь;

• Таблицы нумеруются и подписываются сверху.

Одним из условий прочного усвоения гидрологической науки является знание географической номенклатуры. Ее список, приведенный в конце методических указаний, состоит из трех частей: речной, озерной и морской. Каждая часть включает перечень гидрографических объектов, упомянутых в профильном учебнике, знание которых обязательно.

Выполнение указанных условий и требований в комплексе с самостоятельным творческим подходом к выполнению лабораторных работ обеспечит высокий уровень теоретических знаний и практических умений и навыков у студентов.

Тема 1. Химические и физические свойства природных вод

Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

• Простой карандаш, ластик, линейка, циркуль;

• Калькулятор.

Понятия и определения.

Вода (Н₂О) – слабый электролит, молекула которого состоит из одного водородного (Н⁺) и одного гидроксильного (ОН^-) ионов. Вода является хорошим растворителем химических соединений. Суммарное содержание в воде растворенных неорганических веществ выражают в виде минерализации (М, мг/л, г/л) либо в виде солености (S, ⁰/₀₀).

По содержанию солей (минерализации или солености) природные воды подразделяют на 4 группы: пресные – менее 1⁰/₀₀, солоноватые – 1-25⁰/₀₀, соленые (морской солености) – 25-50⁰/₀₀, высокосоленые (рассолы) – более 50⁰/₀₀.

К числу главных ионов солей, находящихся в природных водах, относятся отрицательно заряженные ионы (анионы) – НСО₃^- - гидрокарбонатный, SO₄^-2 – сульфатный, Cl^- - хлоридный и положительно заряженные ионы (катионы) – кальция Са⁺², магния Mg⁺², натрия Na⁺, калия К⁺.

Вода в природе может находиться в твердом (лед), жидком (собственно вода) и газообразном (водяной пар) агрегатных состояниях. Температура, при которой происходит кристаллизация воды, называется температурой замерзания. Изменения температуры замерзания воды связаны с влиянием давления и/или солености. Температура, при которой вода имеет максимальную плотность, называется температурой наибольшей плотности. Она составляет 3,98⁰С. Увеличение солености на каждые 10⁰/₀₀ снижает температуру наибольшей плотности примерно на 2⁰С. Соотношения между температурами наибольшей плотности и замерзания влияют на характер процесса охлаждения воды и вертикальной конвекции.

Задание 1. С помощью круговой диаграммы и прямоугольника Роджерса (рис. 1, А, Б) изобразить в тетради химический состав воды, приведенный в таблице 1.

Таблица 1

Данные о химическом составе природных вод

Вариант	Катионный состав, %экв.			Анионный состав, %экв.
	Са^+2	Mg^+2	Na^++K^+	HCO3^-	SO4^-2	Cl^-
1	80	10	10	60	25	15
2	66	30	4	57	21	22
3	12	49	39	22	63	15
4	4	70	26	30	70	-
5	42	42	16	33	42	25
6	-	17	83	61	17	22
7	75	25	-	44	56	-
8	29	42	29	14	72	14
9	55	-	45	15	10	75
10	20	25	55	25	40	35
“б”	5	90	5	5	5	90

Методические указания.

1. Для показа химического состава воды на круговой диаграмме (рис. 1, А) следует разделить окружность на две равные части горизонтальной линией, проходящей через ее центр. В верхней части полукруга показать катионный состав, в нижней – анионный.

Рис. 1. Графические методы показа химического состава воды

А – круговая диаграмма, Б – прямоугольник Роджерса, В – график Дурова. Катионы: 1 – Са, 2 – Mg, 3 – Na+K. Анионы: 4 – HCO₃, 5 – SO₄, 6 – Cl

2. Каждое из полукружий разбить на три части пропорционально процентному составу катионов и анионов. Следует помнить, что 100% катионов или анионов на диаграмме соответствуют 180⁰ или 1% - 1,8⁰.

3. Выделенные на диаграмме сектора заштриховать согласно самостоятельно разработанной легенде.

4. При построении прямоугольника Роджерса в первом и третьем столбцах расположить катионы и анионы снизу вверх в последовательности, определяемой относительной реактивной силой (рис. 1, Б).

5. Во втором столбце прямоугольника Роджерса указать состав солей в воде, выписать их процентное содержание.

Задание 2. С помощью графика Дурова (рис. 1, В) определить химический состав смеси, образующейся при смешивании воды «а» (один из вариантов таблицы 1) с водой «б» (табл. 1) в пропорции 1:1.

1. Построить на миллиметровке макет графика Дурова (рис. 1, В).

2. На катионном и анионном треугольниках определить местоположение точек «а», соответствующих химическому составу воды выбранного варианта.

3. Спроецировать положения точек на квадрат путем проведения горизонтального пунктира из катионного и вертикального пунктира из анионного треугольников.

4. Аналогично определить на квадрате положение точки «б».

5. Исходя из пропорции смешивания 1:1 найти положение точки «с» (смеси вод «а» и «б»), для чего соединить «а» и «б» отрезком и разделить его пополам.

6. Из точки «с» провести пунктирные проекции на отрезки «а-б» в катионном и анионном треугольниках и определить химический состав полученной смеси, выписав в тетради процентное содержание основных ионов.

Задание 3. По данным таблицы 3 построить график изменения температуры замерзания и температуры наибольшей плотности воды в зависимости от солености и проанализировать его, объяснив различия в ходе замерзания пресной и соленой воды.

Таблица 3

Данные для построения графика Хелланд-Хансена

Соленость, S, ^0/00	0	5	10	15	20	25	30	35
Температура замерзания, tз, ^0С	0,00	-0,27	-0,54	-0,81	-1,08	-1,35	-1,62	-1,89
Температура наибольшей плотности, tп, ^0С	3,98	2,93	1,85	0,77	-0,30	-1,37	-2,45	-3,53

Методические указания.

1. На оси абсцисс отложить значения солености, на оси ординат – температуры замерзания и наибольшей плотности. Масштабы выбрать самостоятельно.

2. По данным таблицы 3 отстроить точки и провести через них прямые. Найти координаты точки пересечения прямых.

3. Показать на графике область распространения пресных, солоноватых и соленых морских вод.

4. Используя материалы учебника [13, с.25, 28-35] и лекционный материал объяснить различия в ходе замерзания солоноватых и соленых морских вод, изложив их в тетради.