39. Расходование воды в бассейне реки

Расход воды (Q) — количество воды, протекающей через живое сечение в единицу времени; обычно выражается в м3/с, а для малых водотоков — в л/с. Расход воды является одним из основных гидравлических элементов потока. Для рек расход воды — важнейшая характеристика, определяющая другие ее параметры: уровень воды, скорость течения, уклон водной поверхности и др. На основании систематических определений расходов воды вычисляют величины средних, суточных расходов, максимальные и минимальные расходы, а также объемы стока реки за тот или иной интервал времени. Существующие методы определения расхода воды можно разбить на две основные группы: непосредственное измерение и :венное определение. К первой группе относится объемный метод, позволяющий измерять расход только малых водотоков. Под струю воды подставляется мерный сосуд и замеряется время его наполнения. Делением объема воды в сосуде на время наполнения определяем расход. Косвенное определение расхода воды может выполняться различными методами, но наиболее распространенным является метод “скорость—площадь”. Расход воды вычисляется по измеренным скоростям течения и площади поперечного сечения потока: Q=F.Vcp. Площадь поперечного сечения потока определяется по результатам измерений глубин, а скорости в отдельных точках живого сечения измеряются чаще всего гидрометрической вертушкой, иногда с помощью других приборов или поплавков.

40. Водный баланс бассейна реки

Речной бассейн ограничивается водоразделом и может располагаться в разных высотных зонах, на его территории может осуществляться хозяйственная деятельность человека. Общий вид уравнения водного баланса за расчетный интервал времени ∆t следующий:

где x – атмосферные осадки в любом виде, выпавшие на поверхность водосбора; Y1 – поверхностный приток (искусственный) по каналам и трубопроводам, пересекающих водораздел; ω1 – подземный приток, если поверхностный и подземный водосборы не совпадают; K – конденсация водяного пара; Y2 – суммарный поверхностный отток воды за пределы бассейна за счет руслового стока и с помощью гидротехнических сооружений за водораздел; ω2 – подземный отток воды за пределы бассейна (его наличие, как и для ω1); E – суммарное испарение с поверхности водосбора (с поверхности снега, льда, воды, почвы, транспирация растительностью); ± ∆U – изменение запасов воды в бассейне (в руслах рек, озер, ледников, болот, почве, водоносных горизонтах, снежном покрове, во льду) за интервал ∆t.

Учитывая различные виды оценок водных ресурсов, выражение можно упростить. В большинстве случаев не учитывается конденсация и подземный приток и отток, особенно для больших и средних рек (принимая ω1~ ω2). Тогда в естественных условиях уравнение водного баланса таково:

X = Y + E ± ∆U .

В среднем многолетнем выводе, изменение запасов воды в пределах речного бассейна стремится к нулю, поэтому:

Водобалансовые расчеты рекомендуется вести не за календарный, а за гидрологический год, который начинается с 1 октября или 1 ноября.

41. Водный режим рек. Фазы водного режима

Годовой цикл водного режима рек подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя). Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное значительное увеличение количества воды в реке, обычно сопровождается выходом воды из русла и затоплением поймы. Оно вызывается весенним таянием снега на равнинах, ранним таянием снега и льда в горах. Время прохождения весеннего половодья зависит от географического положения водосбора. Так, на юге Европы оно проходит в среднем в марте—апреле, а на Севере — в мае—июле. Продолжительность половодья на малых реках колеблется в широких пределах и определяется интенсивностью снеготаяния; в нижнем течении больших рек она составляет два — три месяца. Паводки — относительно кратковременные и непериодические подъемы уровня воды в реке, возникающие в результате быстрого таяния снега при оттепели, обильных дождях, попусках воды из водохранилищ. Обычно дождевые максимумы на средних и больших реках уступают по высоте максимума весенних половодий, но на реках с малыми водосборами, которые могут быть целиком охвачены интенсивными дождями, они значительно превосходят их. В районах с дождевым питанием рек (Дальний Восток), где доля талого стока в годовом цикле незначительна, максимальные расходы дождевых паводков независимо от размера реки превышают максимальные расходы половодий. Межень — фаза водного режима продолжительностью не менее 10 дней, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень. Меженный сток зависит как от климатических условий (осадков и испарения), так и, главным образом, от количества и характера грунтового питания рек.

42. Классификация рек по водному режиму

Годовой цикл водного режима рек подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя). Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное значительное увеличение количества воды в реке, обычно сопровождается выходом воды из русла и затоплением поймы. Оно вызывается весенним таянием снега на равнинах, ранним таянием снега и льда в горах. Время прохождения весеннего половодья зависит от географического положения водосбора. Так, на юге Европы оно проходит в среднем в марте—апреле, а на Севере — в мае—июле. Продолжительность половодья на малых реках колеблется в широких пределах и определяется интенсивностью снеготаяния; в нижнем течении больших рек она составляет два — три месяца. Паводки — относительно кратковременные и непериодические подъемы уровня воды в реке, возникающие в результате быстрого таяния снега при оттепели, обильных дождях, попусках воды из водохранилищ. Обычно дождевые максимумы на средних и больших реках уступают по высоте максимума весенних половодий, но на реках с малыми водосборами, которые могут быть целиком охвачены интенсивными дождями, они значительно превосходят их. В районах с дождевым питанием рек (Дальний Восток), где доля талого стока в годовом цикле незначительна, максимальные расходы дождевых паводков независимо от размера реки превышают максимальные расходы половодий. Межень — фаза водного режима продолжительностью не менее 10 дней, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень. Меженный сток зависит как от климатических условий (осадков и испарения), так и, главным образом, от количества и характера грунтового питания рек.

43. Речной сток

Главной характеристикой речного стока являются расходы воды. Наряду с экстремальными значениями (максимальными и минимальными) часто используются расходы воды, осредненные за различные периоды времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.). Все остальные характеристики речного стока по сути являются производными от соответствующих расходов воды. Рассмотрим наиболее часто употребляемые характеристики речного стока. Объем стока W (м3, км3) — количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.). Модуль стока М (л/с • км2) или q[м3/c • км2)] —количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени. F — площадь водосбора, км2. Слой стока h (мм) —количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора. Т — число секунд в расчетном периоде. Коэффициент стока — отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока. Годовой сток подсчитывается в умеренном климате не за календарный год, а за гидрологический, начинающийся осенью (1 октября или 1 ноября), когда запасы влаги в речных бассейнах, переходящие из одного года в другой, малы. При подсчете за календарный год сток и осадки не могут соответствовать друг другу, так как осадки, выпавшие в конце одного года, стекают весной следующего года. Из уравнения водного баланса для суши Ec=Xt—У, где Ес — испарение с поверхности суши, Хс — осадки на ее поверхность, У — сток, видно, что важнейший фактор формирования стока -климат; сток является функцией осадков и испарения, т. е. гидрометеорологических компонентов географического ландшафта, отражающих то соотношение тепла и влаги, которое свойственно данной географической зоне. Все остальные элементы ландшафта, или факторы подстилающей поверхности, влияют на сток не непосредственно, а через осадки и испарение. Соотношение влияний различных элементов ландшафта (т. е. климатических и подстилающей поверхности) на сток зависит как от характера водотока и его географического положения, так и от характеристики стока, о которой идет речь (средний, максимальный, минимальный), и периода осреднения (годовой, месячный, суточный” Например, климатические факторы оказывают решающее влияние на средний годовой и максимальный сток, величина минимального стока определяется главным образом величиной и характером грунтового питания рек. Поэтому рассмотрим влияние подстилающей поверхности на основную характеристику стока—его среднее многолетнее значение — норму.

44. Движение воды в реках

По характеру движения воды реку зрелого возраста можно разделить на 3 участка: верховье с быстрым движением воды, среднее течение, где скорость средней величины, и нижнее течение, где вода движется медленно. И в поперечном разрезе скорости течения закономерно изменяются. Наибольшая скорость обычно наблюдается у поверхности. По мере приближения ко дну и к стенкам русла скорость уменьшается. Представление о распределении скоростей в живом сечении дают линии равных скоростей — изотахи, которые вычерчиваются по данным измерений скоростей в отдельных точках. Линию, соединяющую наибольшие скорости на поверхности реки, называют стрежнем. На прямых плесах стрежень проходит по середине реки и подчиняется симметрии стрелы, а на излучинах он прижимается к вогнутому берегу, и течение резко диссимметрично. Симметрии или дисимметрии водного потока соответствует и форма русла: стрежень и фарватер совпадают. Измерение скоростей течения воды необходимо для нужд судоходства и лесосплава, строительства мостов и гидротехнических сооружений, для решения множества других научных и практических задач, в том числе и для определения расходов воды.

45. Движение речных наносов

Общее количество наносов (взвешенных и донных), проносимое через живое сечение реки за большой промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.), называется стоком наносов. Следует отметить, что реки выносят в море лишь часть тех продуктов водной эрозии, которые образуются на их водосборах. При перемещении наносов в руслах рек и особенно в их низовьях, где энергия потока ослабевает и транспортирующая способность уменьшается, наблюдается отложение наносов, в результате чего на устьевых участках образуются дельты. За счет отложений наносов образовались Великая Китайская равнина, Амазонская и Миссисипская дельтовые равнины. Дельты многих рек простираются в море на десятки километров. Так, соединенные между собой дельты рек Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы простираются на 1100 км. Интенсивность эрозии и величина стока наносов определяется как климатическими компонентами географического ландшафта, так и прочими факторами подстилающей поверхности, в частности, характером рельефа, растительного покрова и почв. В связи с изменением этих факторов с севера на юг наблюдается и изменение стока наносов, т. е. обнаруживается его географическая зональность, что позволяет картировать характеристики стока наносов.

46. Русловые процессы

Русловый процесс, русловой процесс, совокупность процессов, возникающих при взаимодействии руслового потока и размываемого русла, определяющих рельеф последнего и режим его сезонных изменений. Р. п. имеют место в реках и каналах. Взаимодействие потока и русла заключается в том, что русло управляет потоком, формируя в нём распределение скоростей (скоростное поле), а поток создаёт себе русло, отвечающее его скоростному полю. При этом поток размывает русло в местах, где скорости достаточно велики, транспортирует наносы во взвешенном и влекомом состоянии и откладывают их там, где скорости малы. Поэтому глубины русла по длине потока распределяются неравномерно: глубокие места — плёсы, чередуются с мелкими — перекатами. Изменение формы русла сравнительно быстро передаётся кинематике потока, в то время как измененное распределение скоростей в потоке влияет на формирование русла в течение сравнительно большого периода времени.

Р. п. тесно связан с физико-географическими и геолого-морфологическими условиями на водосборах и особенностями гидрологического режима.

В результате длительного взаимодействия потока и русла проявляются связи между уклоном поверхности воды, расходом, формой русла и размерами твёрдых частиц грунта (так называемой гидроморфологической зависимости), например между шириной и глубиной устанавливается определённое соотношение, зависящее от свойств грунтов: так, для рек с песчаным дном отношение ширины реки к глубине больше, чем для рек с глинистым дном.

Наиболее характерная особенность речного, или руслового, потока — извилистое (меандрирующее) русло, на изгибах которого течение жидкости сопровождается поперечной циркуляцией, возникающей под действием центробежной силы. Благодаря этому наносы перемещаются как вдоль, так и поперёк потока, создавая сложные формы рельефа дна.

Р. п. имеет большое значение в связи с проектированием и эксплуатацией речных гидротехнических сооружений и мостов и при выполнении дноуглубительных работ в целях улучшения условий судоходства. Изучением Р. п. занимается динамика русловых потоков.

47. Термический и ледовый режим рек

Реки вместе с водой выносят в океаны, моря и внутренние водоемы не только твердые осадки и химические вещества, но и большое количество тепла. Тепловой режим реки определяется поглощением тепла прямой солнечной радиации, эффективным излучением водной поверхности, затратами тепла на испарение, его выделением при конденсации, теплообменом с атмосферой и ложем русла. Изменение составляющих теплового баланса реки в течение суток, сезона, года вызывает соответствующие колебания температуры воды в реках. Суточный ход температуры наиболее четко выражен летом, когда днем вода нагревается под действием солнечного тепла, а ночью остывает в результате преобладания эффективного излучения. Амплитуда суточных колебаний температуры воды зависит от широты места, водности рек, погодных условий. Так, в северных районах она меньше вследствие меньшей длительности ночи (ночного выхолаживания). На реках с малыми расходами она больше, чем на полноводных реках; при ясной погоде амплитуда больше, чем при облачной. Годовой ход температуры также тесно связан с изменением теплового баланса. После вскрытия реки температура воды растет. В период нагревания воды (в первую половину лета) она несколько ниже температуры воздуха, в период охлаждения, наоборот, выше. Средняя годовая температура воды обычно выше средней годовой температуры воздуха, т. к. зимой в реке вода не охлаждается ниже 0° С, тогда как воздух может иметь отрицательную температуру. Благодаря интенсивному турбулентному перемешиванию, обусловленному течением реки и сравнительно малым объемом воды в русле, изменения температуры в зависимости от глубины незначительны и не превышают десятых долей градуса, и только летом температуры у дна на 2—3° С ниже, чем у поверхности. В распределении температуры по ширине также существуют определенные закономерности. Температура воды большинства рек в период нагревания в прибрежной части выше, чем на стрежне, в период охлаждения — ниже. Направление течения реки может обусловливать некоторое несоответствие термического режима и местных метеоусловий. Реки, текущие с севера на юг, в период нагревания могут выносить более холодную воду, а для рек, текущих с юга на север и пересекающих ряд климатических зон, в период остывания может наблюдаться обратная картина — температура воды может быть выше температуры воздуха из-за выноса теплых вод из южных районов. На температуру воды рек, вытекающих из озер, большое влияние оказывает температура озерных вод, причем чем больше водная масса, тем на большее расстояние распространяется это влияние. Так, влияние холодных вод озера Байкал на температуру воды р. Ангары в теплый период года заметно на расстоянии 1170 км от истока. Термический режим рек на отдельных участках в значительной мере может определяться хозяйственной деятельностью человека. Образование внутриводного льда создает большие затруднения при эксплуатации водопроводов, гидроэлектростанций. Одна из весьма распространенных форм ледяных образований на реках, связанных с внутриводным льдом,— шуга. Шугой называется всплывший на поверхность внутриводный лед в виде комьев и подледных скоплений, в массе которого часто содержится снежура, сало и мелкобитый лед. На шугоносных реках нередко образуются зажоры — стеснение водного сечения массой внутриводного льда и шугой. Выше зажора уровень воды резко повышается, взламывая ледяной покров, и вызывает затопление прилегающих участков долины. Для борьбы с зажорными явлениями прибегают к взрывным и ледокольным работам. В ледяном покрове иногда сохраняются участки открытой воды, называемые полыньями. Возникают они на участках с большими скоростями течения воды (более 0,6—0,7 м/с), в местах выходов грунтовых вод, сбросов промышленных стоков или, если реки вытекают из озера, вследствие притока более теплых вод озера. Вскрытие рек начинается близ берегов под влиянием солнечных лучей, тепла атмосферы и поступающих в рекуталых вод. На реках, текущих с севера на юг ледоход проходит более спокойно, чем на реках, текущих с юга на север. В последнем случае вскрытие начинается с верховьев, в то время как среднее и нижнее течение реки сковано льдом. Волна весеннего половодья перемещается вниз по реке; при этом образуются мощные заторы, вызывающие большие подъемы уровня воды. Так, затор на Енисее в 1909 г. за период, меньший суток, вызвал подъем уровня на 12 м. На малых реках вскрытие может проходить без весеннего ледохода; на реках, вытекающих из озер, часто наблюдается два весенних ледохода — сначала идет речной лед, затем озерный.

48. Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек

РЕЖИМ ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ

совокупность химических характеристик водной среды (концентрация и динамика взвешенных и растворенных веществ, соленость, жесткость, активная реакция, окислительно-восстановительный потенциал и др.). Гидрохимический режим влияет на рост, развитие, размножение гидробионтов, структуру, устойчивость, продуктивность водных экосистем и т. д. Гидрохимический режим зависит также от степени антропогенного воздействия на водоем (водоток), в частности, от объема, химического состава, концентрации и частоты сброса загрязнителей, интенсивности обработки водосборной площади и др.

РЕЖИМ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ

совокупность биологических процессов, происходящих в водоеме (водотоке). Гидробиологический режим зависит как от гидрологических и гидрохимических режимов, так и от структуры, видового разнообразия, интенсивности биологического продуцирования, скорости потока энергии и круговорота веществ водных экосистем. От гидробиологического режима зависит биопродуктивность водоема, а также качество воды. Оптимизация антропогенного воздействия на гидросферу заключается в рациональном использовании и охране от истощения и загрязнения ее водных биологических ресурсов.

49. Устья рек

Устьевая область (устье реки) – это особый географический объект, охватывающий район впадения реки в приемный водоем (океан, море, озеро) и имеющий специфический природный комплекс, структура и формирование которого регулируются устьевыми процессами: взаимодействием и смешением вод реки и приемного водоема, отложением и переотложением речных и частично морских наносов. Дельта реки - низменные периодически затопляемые земли, сложная и изменчивая сеть водотоков и водоемов, заросли влаголюбивой растительности. Устье реки – это зона взаимодействия реки и приемного водоема. Речные факторы -Сток воды: опреснение; формирование стоковых течений. Сток наносов: формирование зоны мутных вод. Морские факторы -Колебания уровня воды: формирование обратных течений .Соленость морской воды: осолонение речных вод. Волнение: разрушение речных наносов. Устьевой участок реки и устьевое взморье разделяются морским краем дельты, а при отсутствии дельты – вершиной лимана, лагуны, эстуария. Лиман – расширенные устья рек с соленой или солоноватой водой: Открытые – находятся в непосредственном сообщении с морем. Закрытые (внутренние) – отгорожены от моря участком суши (пересыпью). Лагуны – врезавшиеся в берег заливы и бухты практически полностью отделенные от моря узкой песчано-галечной грядой. Эстуарии – воронковидные расширения устьев рек, подверженные влиянию океанических приливов и характеризующихся смешением пресных и соленых вод. Эволюция типов устья реки: выполнение речными наносами лимана, а затем выдвижение дельты на открытое устьевое взморье; выполнение лагуны - выдвижение дельты на открытое устьевое взморье; выполнение эстуария - выдвижение дельты на открытое устьевое взморье; выдвижение дельты на открытое устьевое взморье. Таким образом, в своем развитии устьевая область реки может пройти три стадии: 1) бездельтовую; 2) формирования дельты выполнения (залива, лимана, лагуны, эстуария); 3) формирования дельты выдвижения на открытом морском побережье. Особенности речного режима - довольно быстрое распластывание волн половодья и паводков и периодическое затопление водами половодья; перераспределение стока реки по ее рукавам. Особенности проявления морского режима - распространение на некоторое расстояние волн приливов и нагонов; проникновение в реку осолоненных вод. Особенности гидрологического режима устьевого взморья: хорошо выражены ветровые и приливные течения, волновые процессы; отложение речных наносов в устье водотока и формирование характерной отмели – устьевого бара

50. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек

Как было показано в начале главы, хозяйственная деятельность может оказывать значительное влияние на общий объем стока, а также на соотношение поверхностного и подземного стоков.

Более резко меняется под влиянием хозяйственной деятельности распределение стока по месяцам и сезонам года. Достигается это посредством гидротехнических сооружений и искусственных водохранилищ, регулирующих сток соответственно требованиям народного хозяйства.

Естественный режим речного стока обычно не удовлетворяет одновременно всем требованиям различных отраслей народного хозяйства и нуждается в коренном преобразовании.

Значительные успехи в этом направлении достигнуты за годы Советской власти. На ряде крупных речных систем построены и сооружаются крупнейшие плотины и водохранилища большой емкости, регулирующие сток соответственно заранее заданному режиму. Такие сооружения возведены на Волхове, Свири, Днепре, Волге, на Дону, на реках Кавказа, Средней Азии, Казахстана, Алтая, Дальнего Востока, на реках Западной и Восточной Сибири— Оби, Иртыше, на Ангаре, Енисее и др.

Об изменении режима стока под воздействием хозяйственной деятельности можно судить по данным табл. 7, в которой по сезонам года показано распределение стока Волги и Днепра до и после сооружения гидроузлов и водохранилищ (Иогансон, 1968).

После сооружения всех гидроузлов меженный сток рек Советского Союза возрос на 33% (Вендров, 1970). При этом в тайге площадь зеркала и полезный объем водохранилища — наибольшие по сравнению с теми же показателями других зон природы (74% зеркало и 69% объем от суммарных величин всех водохранилищ СНГ). В литературе последних лет, относящейся к проблемам ресурсов нашей страны (Перехрест, 1962; Иогансон, 1968; Вендров, 1970), отмечаются некоторое увеличение потерь на испарение после устройства водохранилищ (до 5—8% годового стока), уменьшение скорости водообмена в речных системах, уменьшение выноса твердого стока в моря и другие явления, изменяющие природные условия речных бассейнов.

51. Озера, их распространение на земном шаре, типы озер

Озера - естественные водоемы, представляющие собой заполненные водой углубления в земной поверхности с выработанным воздействием ветрового волнения и течений профилем береговой зоны и замедленным водообменом. От реки озеро отличается, как правило, отсутствием течения, обусловленного уклоном русла, от моря — отсутствием двусторонней связи с океаном. Каждое озеро состоит из трех взаимно связанных составных частей: 1) котловины — формы рельефа земной коры, 2) воды и растворенных в ней веществ — части гидросферы и 3) растительного и животного населения водоема — части живого вещества планеты. Размеры и форма котловин определяются их происхождением, в зависимости от которого принято выделять восемь главных генетических типов озер: 1) тектонические озера, располагающиеся в трещинах, сбросах, грабенах и отличающиеся значительной глубиной и размерами. К ним относятся озера: Каспийское, Ладожское, Онежское, Байкал, Иссык-Куль, Севан, озера африканского грабена (Виктория, Ньяса, Танганьика и др.), американские Великие озера (Эри, Онтарио, Гурон, Мичиган, Верхнее); 2) вулканические озера, занимающие кратеры потухших вулканов или располагающиеся среди лавовых полей. Распространены они в районах современной или древней вулканической деятельности (Исландия, Италия, Япония, Камчатка, Закавказье и др.); 3) ледниковые эрозионные озера, возникшие в выпаханных ледниками котловинах на крупных кристаллических массивах (Кольский п-ов, Карелия, Скандинавия, Альпы, Кавказ), и ледниковые аккумулятивные озера, расположенные среди моренных, отложений областей древнего оледенения (Прибалтика, Канада, север США и др.); 4) гидрогенные озера, связанные с эрозионной и аккумулятивной деятельностью речных и морских вод. К ним относятся старицы, плесы пересыхающих рек, озера речных дельт, озера морских побережий: лагуны — отчлененные от моря наносами заливы, лиманы — устьевые участки рек, отделенные от моря косами или барами озера Кубанских плавней, лиманы Черноморского побережья и т. д.); 5) провальные озера (карстовые, суффозионные, термокарстовые), возникающие под действием подземных вод или при таянии льда в грунте. 6) эоловые озера — водоемы, отгороженные песчаными дюнами или образованные в котловинах выдувания, созданных ветром (Казахстан); 7) запрудные (подпрудные) озера, возникающие обычно в горных системах в результате преграждения речных долин обвалами или оползнями. Примером может служить Сарезское озеро на Памире в долине р. Мургаб; 8) органогенные озера, образующиеся дамбами из растений внутри болот или среди коралловых построек (аттолов). В особую группу выделяются озера антропогенного происхождения: пруды, водохранилища, а также озера, возникающие на месте копей, карьеров и т. п. Большинство крупных естественных озер имеет тектоническое или ледниковое происхождение.

52. Водный баланс озер

53. Колебания уровня воды в озерах

Водный баланс озера — соотношение за какой-либо промежуток времени (год, месяц, декаду и т. д.) прихода, расхода и аккумуляции (изменение запаса воды) воды. Приход воды в озеро складывается из атмосферных осадков на его поверхности (X), поверхностного притока (У1), подземного притока (И1) и конденсации на поверхности озера (К), Расход составляет испарение (Z), поверхностный сток из озера (У2), подземный сток из озера (И2). По приходу и расходу водной массы озера подразделяются на сточные, бессточные и с перемежающимся стоком. Бессточные озера, так же как и сточные, принимают притоки, но в отличие от вторых не имеют ни поверхностного, ни подземного стока и теряют воду практически только на испарение. Озера с перемежающимся стоком занимают промежуточное положение между обеими группами. Они дают сток только в период высоких вод; в межень вытекающие из них водотоки высыхают Особую группу бессточных образуют озера, не имеющие ни стока в виде рек, ни притока и питающиеся атмосферными осадками. Они носят название глухих или замкнутых озер. Водный баланс определяет колебания уровней озер. При положительном балансе уровень повышается, при отрицательном — падает. Чем больше разность прихода и расхода тем значительнее колебания уровней. На ход уровней оказывают влияние также движения воды (течения, сгоны и нагоны, сейши), вызывающие денивеляции — перекосы водной поверхности и мор-фометрические особенности водоемов. В режиме уровней озер четко выражены как внутригодовой ход, так и многолетние вековые колебания. Внутригодовой ход зависит в первую очередь от климатических условий. В арктическом и субарктическом климатических поясах, где испарение минимально, ход уровней озер определяется режимом атмосферных осадков и стоком талых вод. Резкий подъем уровней здесь отмечается летом, осенью идет снижение, продолжающееся до следующего летнего подъема. В режиме уровней озер умеренного пояса в условиях континентального климата с избыточным увлажнением отмечаются четко выраженный весенний подъем, плавный спад в течение лета и осени, нарушаемый дождевыми паводками, и минимальные уровни зимой. В аридных районах умеренных широт снеговые воды являются часто единственным источником питания озер, поэтому после резкого весеннего подъема уровня здесь происходит спад вплоть до летнего пересыхания. Для озер, питающихся водой, приносимой реками с горных ледников, характерен летний максимум уровня. Озера областей муссонного климата умеренных широт отличаются резкими подъемами уровней летом и осенью в период дождей. В субтропическом и тропическом поясах максимальные уровни наблюдаются зимой, минимальные — летом. В экваториальном поясе в ходе уровней отмечаются два максимума (май—июнь и декабрь) и два минимума (февраль—март и октябрь—ноябрь), сливающихся от экватора к тропикам в один максимум и один минимум. Уровень одного и того же озера в различные годы может сильно варьировать в зависимости от особенностей метеорологических условий отдельных лет. В многолетних колебаниях уровней озер прослеживается цикличность, связанная с изменениями солнечной активности и сменами эпох атмосферной циркуляции. Продолжительность циклов изменения объема водной массы озер и связанных с ними колебаний уровня ограничивается периодами в 20—25 и 45—50 лет, редко выходя из этих пределов.

54. Термический и ледовый режим озер

Термический режим озер обусловлен приходом и расходом тепла во времени и распределением его в водной массе и котловине. Тепловой баланс может быть рассчитан в абсолютных значениях составляющих (дж) или в относительных единицах — дж/см2 акватории водоема, что позволяет сравнить тепловой режим различных водоемов. Основным источником прихода тепла в озера является солнечная радиация. Наиболее интенсивно поглощает солнечную радиацию поверхностный слой воды. Опыт показывает, что в озерах с прозрачной водой в слое воды 25 см поглощается 43—59%, а в озерах с повышенной мутностью — 30—80% падающей радиации. Поэтому, если бы вода в озерах была неподвижной, то нагрев ее происходил бы лишь в самом верхнем слое, проникновение тепла в глубины из-за очень малой теплопроводности воды осуществлялось бы в ничтожных размерах. Но благодаря движению водных масс в озерах активно осуществляется обмен теплом между различными слоями воды по вертикали. В связи с этим суточные колебания температур в озерах прослеживаются на глубине нескольких метров, а годовые обычно захватывают всю водную толщу (за исключением некоторых наиболее глубоких озер). Перенос тепла в глубины озера, а следовательно, и термический режим глубин, связаны с двумя видами перемешивания вод: конвективным — вертикальным обменом частиц воды, связанным с разностью плотностей этих частиц, и фрикционным, возникающим в результате движения водных масс, вызванного, главным образом, ветром. В результате поступления и отдачи тепла через водную поверхность и перераспределения его в водной массе в озерах наблюдаются различные типы термического режима. Рассмотрим особенности внутригодового распределения температуры в пресных озерах умеренного климата. Весной, после вскрытия озера, частицы воды в поверхностном слое нагреваются до температур, близких к 4° С, плотность их возрастает, возникает свободная конвекция, выравнивающая температуры сначала в верхнем слое, а затем во всей водной массе (весенняя гомотермия). При весенней гомотермии вода озера легко перемешивается ветром и становится однородной не только по температуре, но и по минерализации, мутности, насыщению газами и т. д. Продолжительность и интенсивность весеннего перемешивания чрезвычайно важна для жизни в озере, т. к. в этот период глубинные слои его насыщаются кислородом. Устанавливаясь обычно при температуре 4° С. гомотермия может продолжаться (при сильных ветрах) и при более высоких температурах. Так, в мелководных озерах ветровое перемешивание может поддерживать ее в течение всего безледного периода. К концу весны верхний слой воды прогревается; разность температуры, а следовательно, и градиенты плотности воды между верхними и глубинными слоями возрастают. В озере устанавливается прямая температурная стратификация, характеризующаяся понижением температуры с глубиной. Наступает летний период годового теплооборота озера. В период летнего нагревания энергии ветра оказывается недостаточно для полного перемешивания водоема и в нем образуются три вертикальные термические зоны (рис. 18, кривая 11). Процесс льдообразования на озерах начинается так же, как и на реках, с возникновения заберегов и сала. На малых озерах, где тепловой запас и перемешивание невелики, а охлаждение по площади происходит почти равномерно, сплошной ледяной покров может образоваться почти одновременно на всей площади за счет смыкания заберегов, продвигающихся от берегов к центру озера. Если похолодание сохраняется, то возникновение первой ледяной корки является и установлением ледостава. Нарастание льда идет наиболее интенсивно в первый период после замерзания, причем процесс этот происходит одновременно и снизу и сверху. Поэтому для озерного льда в большинстве случаев характерна слоистая структура: поверх прозрачного водного льда лежит мутный и беловатый водно-снеговой и снеговой лед. К весне толщина льда на озерах может достигать 200 см. Лед и особенно покрывающий его снег делают практически невозможным теплообмен между водной массой и атмосферой. Вскрытие озер происходит под влиянием притока тепла, механического воздействия ветра и колебаний уровня воды. Стаивание льда за счет притока тепла может происходить как с верхней, так и с нижней поверхности. На малых озерах вскрытие и очищение ото льда происходит почти исключительно за счет притока тепла, лед тает на месте. На больших озерах усиливается роль ветра, наблюдается дрейф льда (ледоход), а на сточных озерах часть льда выносится реками. Вскрытие озер происходит на 8—15 дней позднее, чем вскрытие рек. На незамерзающих озерах охлаждение, особенно интенсивное, при ветровом перемешивании и циркуляции продолжается в течение всей зимы. Температура воды в них достигает минимума перед началом весеннего нагрева; на тех из них, глубина которых не очень велика, к концу зимы устанавливается гомотермия. В очень глубоких озерах полного перемешивания не происходит. Например, в Байкале обратная стратификация устанавливается в слое 200—250 м, глубже — всегда прямая стратификация, и на глубине 1600 м вода имеет температуру наибольшей плотности. С увеличением давления температура наибольшей плотности воды понижается, поэтому на большой глубине в Байкале она равна 3° С. По термическому режиму озера можно разделить на 3 типа: тропические, полярные и умеренные. Тропические (теплые) озера имеют температуру выше +4° С в течение всего года. Полярные (холодные) характеризуются обратной температурной стратификацией и температурой ниже 4° С в течение всего года, Циркуляцией летом. К полярным относятся озера севера Канады и Сибири, а также озера высоких гор. Умеренные (смешанные) озера летом характеризуются прямой температурной стратификацией и температурой выше 4° С, зимой— обратной температурной стратификацией и температурой ниже 4° С. К этой группе относятся многочисленные озера в умеренных широтах Европы, Азии, Северной Америки.

55. Основные особенности гидрохимических и гидробиологических условий, донные отложения озер

Хотя химический состав озёр остаётся относительно длительное время постоянным, в отличие от реки заполняющее его вещество обновляется значительно реже, а имеющиеся в нём течения не являются преобладающим фактором, определяющим его режим. Озёра регулируют сток рек, задерживая в своих котловинах полые воды и отдавая их в другие периоды. В водах озёр происходят химические и биологические реакции. Одни элементы переходят из воды в донные отложения, другие — наоборот. В ряде озёр, главным образом не имеющих стока, в связи с испарением воды повышается концентрация солей. Результатом являются существенные изменения минерализации и солевого состава озёр. Благодаря значительной тепловой инерции водной массы крупные озёра смягчают климат прилегающих районов, уменьшая годовые и сезонные колебания метеорологических элементов.

Они формируются из аллохтонных (принесенных извне) и автохтонных (образующихся в самом водоеме) материалов. Аллохтонные материалы в виде взвешенных и влекомых наносов образуются за счет селевых паводков, пылевых частиц, приносимых ветрами, продуктов хозяйственной деятельности человека. Автохтонные отложения формируются за счет продуктов жизнедеятельности водных организмов, скелетов, панцирей и других остатков после отмирания, а также за счет химических осадков— веществ, возникающих в воде при химическом взаимодействии растворенных соединений, абразионного материала с берегов и др. Вероятно, в аллохтонных материалах следует учитывать и осадки из космоса—метеориты, и космическую пыль.

Скорость осаждения твердых частиц зависит от размеров, формы и плотности частиц; от свойств воды—ее плотности, вязкости; от движения—течений, волнения, перемешивания;

от химических и биологических процессов.

56. Влияние озер на речной сток

Озера, аккумулируя в своих котловинах весной "избытки" вешних вод, тоже способствуют выравниванию неравномер ности годового стока рек, и даже в большей мере, чем леса. Влияние их на речной сток можно проследить, анализируя его сезонные значения в зависимости от озерности водосбо ров. Оказывается, если озерность бассейна составляет 1%, то весенний сток рек западной части Северного края достигает 62% годового значения, а зимний меженный — 8%. При озер ности бассейна 7% доля весеннего стока в общегодовом снижается до 42%, а доля зимнего меженного увеличивается до 16%. Например, сток Сухоны, вытекающей из Кубенского озера, в период летней межени составляет 42% общегодо вого, а в период зимней межени — 9. У Онеги, Свиди и Лекшмы, тоже зарегулированных озерами, доля весеннего стока равна 40%, а зимнего — 20.

Аналогично озерам действуют в карстовых районах и по глощающие талые снеговые воды карстовые воронки. Ве сенний сток карстовых рек снижается до 35—40% общегодо вого, а подъемы воды во время половодий, даже в много водные годы, не превышают 1—3 м, в маловодные же годы составляют всего 0,3—0,7 м. Примером может служить приток Северной Двины река Емца. В верховьях ее многолетняя амплитуда колебаний уровней воды в 2—3 раза ниже, чем на обычных равнинных реках с таким же примерно по площади бассейном. Запасенная под землей вода подпитывает в межень карстовые реки, увеличивая их сток зимой до 10—20% годо вого стока и более.

В Северном крае много интересных карстовых районов, и они, безусловно, заслуживают того, чтобы остановиться на них более подробно.

57. Назначение водохранилищ, их размещение на земном шаре, типы водохранилищ

Искусственные водоемы, созданные при помощи гидротехнических сооружений и имеющие полный объем более 1 млн м3, называются водохранилищами. Водохранилища отличаются друг от друга параметрами (площадью зеркала, объемом, длиной, шириной, глубиной), конфигурацией, характером регулирования, режимом сработки, назначением, характером и степенью воздействия на природу и хозяйство прилегающих районов, технико-экономическими показателями и т. п. Вместе с тем они имеют и общие черты: почти все водохранилища образуются путем подпора рек плотинами (лишь некоторая часть образована путем обвалования участков территории дамбами с самотечной или механической подачей воды извне); большинство водохранилищ предназначается для регулирования естественного стока рек в целях комплексного использования водных ресурсов; для всех водохранилищ (за исключением тех из них, в состав которых вошли крупные естественные озера) характерны возрастание глубины по направлению к плотине, весьма замедленные по сравнению с рекой водообмен и скорости течения воды, неустойчивость летней термической и газовой стратификации и некоторые другие особенности. По полному объему и площади зеркала принято делить водохранилища на шесть категорий: (Крупнейшие, Очень крупные, Крупные, Средние, Небольшие, Малые) На земном шаре создано более 10 тыс. водохранилищ, содержащих примерно в 4 раза больше воды, чем все реки (пол объем — 5 тыс. км3). Площадь их водного зеркала с учетом площади озер, находящихся в подпоре,— 600 тыс. км3, что значительно больше площади Каспийского моря. Водохранилища создаются во всем мире как в промышленно-развитых, так и в развивающихся странах. 30 лет назад в Африке практически не было крупных водохранилищ, а сейчас четыре из пяти крупнейших водохранилищ мира находятся на этом материке. В США в ближайшие 20—30 лет предполагается удвоить полезный объем водохранилищ, хотя эта страна по их количеству занимает первое место в мире.

58. Термический и ледовый режим водохранилищ

По термическому режиму водохранилища отличаются от рек неоднородностью температуры, а от глубоководных озер неустойчивой стратификацией и относительно высокими температурами придонных слоев в летний сезон. В температурном режиме водохранилищ много общего с температурным режимом мелководных озер. Однако в период весеннего нагревания проявляются некоторые особенности, свойственные, в частности, Рыбинскому водохранилищу. На эти особенности обратил внимание В. И. Рутковский. В Рыбинском водохранилище повышение температуры, начинающееся еще подо льдом, прекращается; температура воды в водохранилище временно понижается из-за заполнения его котловины снеговыми водами притоков, температура которых близка к 0° С. В дальнейшем, во вторую половину весны, температура воды в водохранилище связана также с притоком речных вод, но уже относительно более теплых. Интенсивное прогревание водохранилища происходит сначала вблизи устьев притоков, в губах и на мелководьях. В этот период в разных частях водохранилища можно наблюдать одновременно температуру от 0 до 10° С, обратную, прямую стратификации и гомотермию. Для периода осеннего охлаждения характерна гомотермия вплоть до появления льда, когда температура принимает значения, близкие к 0°С, по всей глубине, что связано с ветровым перемешиванием водной массы мелководного водохранилища. Зимой при ледоставе в проточных районах возникшая с осени гомотермия сохраняется при температуре, близкой к 0°С; в малопроточных происходит постепенное прогревание придонных слоев воды и установление обратной стратификации. В нижних бьефах прогрев воды весной и охлаждение осенью отстают по срокам от естественных условий на 5—10 дней. В связи со сбросом из водохранилища вод, более теплых осенью и более холодных весной, годовая амплитуда колебаний температуры меньше по сравнению с амплитудой колебаний температуры воды рек в естественном состоянии.

59. Гидрохимический и гидробиологический режим водохранилищ

Особенности гидрохимического и гидробиологического режимов

водохранилищ определяется в основном тремя обстоятельствами:

1) интенсивностью водообмена, 2) характером грунтов и

растительности, затопления и подтопления, 3) режимом накопления и

сработки вод, величиной и интенсивностью колебаний уровня воды.

Гидрохимический гидробиологический режим водохранилища на

реке Степной Зай в городе Альметьевске отличается от речного. В

результате сооружения водохранилища происходит трансформация

речного гидрохимического и гидробиологического режима в режим,

характерный для озер. Отмечает минерализация воды и уменьшения

содержания растворенного кислорода с глубиной. В природных слоях

наблюдается скопление вод технического качества. В теплое время года

возможно цветение воды в застойных зонах водохранилища. Медленно

происходит формирование ихтиофауны.

Различного вида растительность в глубине водохранилища

отсутствует или выражена очень слабо.

60. Влияние водохранилищ на речной сток и окружающую природную среду

Водохранилище замедляет водообмен в гидрографической сети

речного бассейна реки Степной Зай. Сооружения водохранилища

привело к уменьшению, как стока воды, в следствие дополнительных

потерь на испарение с поверхности водоема, так и стоков наносов,

биогенных и органических веществ в следствие их потопления в

водоеме. Уменьшение водообмена привело к уменьшению скорости

течения в речных системах, и к уменьшению способности рек к

самоочищению. После сооружения водохранилища изменяется

почвенно-растительный покров на затопленных и подтопленных землях.

Кроме того, в результате сооружения водохранилища часто нарушаются

условия прохода на нерест многих пород рыб, нередко ухудшается

качество воды вследствие возникновения в некоторые периоды года и

дефицита кислорода в придонных слоях, накопление солей и биогенных

веществ.

61. Происхождение болот и их распространение на земном шаре, типы болот

Болото- это избыточно увлажненный с застойным водным режимом участок земли, на котором происходит накопление органического вещества в виде неразложившихся остатков растительности. Болото - торфяник, т.е. избыточно увлажненный участок земли, имеющий слой торфа толщиной не менее 30 см и покрытый специфической растительностью. Избыточно увлажненные земельные площади со слоем торфа толщиной менее 30 см или вовсе не имеющие его называют заболоченными землями. Происхождение болот: Заболачивание суши: затопление, подтопление. Зарастание водоемов:апропель – высшие растения – образование торфа. Типы болот: - заболоченные земли (не имеющие хорошо выраженного слоя торфа); -собственно торфяные болота . Низинные болота-Морфология-обычно имеют вогнутую или плоскую поверхность, способствующую застойному характеру водного режима . Гидрологический режим -наличие близлежащего водоема или водотока, близость уровня грунтовых вод, преобладание в водном питании поверхностных и грунтовых вод . Растительность- евтрофные растения, требовательные к минеральным веществам: ольха, береза, осоки, тростник, рогоз . Верховые болота-имеют мощный слой торфа и выпуклую поверхность; преобладание в их водном питании атмосферных осадков, бедных минеральными биогенными веществами; олиготрофные растения, нетребовательные к минеральным веществам: сосна, вереск, пушица, сфагновые мхи. переходные болота - плоская или слабовыпуклая поверхность , промежуточный между низинными и верховыми, мезотрофная растительность умеренного минерального питания: береза (иногда сосна), осоки, сфагновые мхи .

62. Строение, морфология и гидрография торфяных болот. Развитие торфяного болота

Торфяная залежь 1. Инертный слой -лежит на минеральном дне, имеет очень слабый водообмен с выше расположенными слоями торфа и с окружающими болота землями, отличается постоянным или малоизменяющимся содержанием воды в торфе. Малая водопроницаемость, отсутствие доступа кислорода в поры торфа, отсутствие аэробных бактерий и микроорганизмов. 2. Деятельный (активный) слой -имеет некоторый влагообмен с атмосферой и окружающими болото территориями, содержание влаги в торфе изменяется, происходят колебания уровня грунтовых вод. Повышенная водопроницаемость и водоотдача, периодическое поступление воздуха в поры торфа, большое количество аэробных бактерий и микроорганизмов, наличие в верхней части живого растительного покрова. Элементы рельефа болота-Гряды- отдельные вытянутые в длину повышенные участки болота . Мочажины -сильно обводненными понижения . Бугры -сложены торфом и обычно связаны с явлением морозного выпучивания . Кочки -состоят из торфа и связаны с неравномерным распределением растительного покрова и накопления торфа. Гидрографическая сеть болота-

Озера	относительно крупные водоемы (до 10 км2 и глубинами до 10 м), имеющие торфяные берега, плавающие моховые сплавины.
Озерки	водоемы меньших размеров, обычно приурочены к местам перегибов поверхности болота, располагаются большими группами.
Реки и ручьи	заторфованные и зарастающие первичные водотоки; вторичные водотоки, сформировавшиеся в процессе болотообразования.
Топи	сильно переувлажненные участки с разжиженной торфяной залежью. Практически отсутствует деятельный слой, уровень грунтовых вод стоит выше поверхности торфа.

63. Водный баланс и гидрологический режим болот

Водный баланс болота: Приход - атмосферные осадки, приток поверхностных и подземных (грунтовых) вод. Расход -испарение, поверхностный и подземный отток. х + y₁ + w₁ = y₂ + z + w₂  u . Водный баланс болот различного типа: Верховое -х + = y₂ + z + w₂  u . Низинное -y₁ + w₁ = y₂ + z + w₂  u

При котловинном залегании, горизонтальная фильтрация направлена от центра к периферии, сюда же стекается вода со склонов котловины. Вдоль границ скапливается топи, ручьи, вод из которых отводиться через ручьи водоприемники. При вогнутой форме пов-ти, движение гор-х потоков направлено от периферии к центру, откуда также берет начало ручей-водоприемник, выводящий воду за пределы болот. Движение идет до тех пор пока не истощиться запас влаги в верх деятельном слое торфа. ЗАМЕРЗАНИЕ И ОТТАИВАНИЕ Термический режим отличается своеобразием, обусловленный тепловыми свойствами торфа: теплоемкость, теплопроводность. Замерзание болот начинается через 12-17 дней после устойчивого наступления отрицательных температур. Оттаивание, как и замерзание также не одновременно. Наибольшенй заболоченностью отличатеся зона тундры и тайги.

64. Влияние болот и их осушения на речной сток. Практическое значение болот

Горизонтальное стекание воды с болотного массива может продолжаться лишь до тех пор, пока не истощатся запасы свободной воды в деятельном слое, т. е. до тех пор, пока уровни грунтовых вод находятся в пределах этого горизонта. При снижении уровней грунтовых вод до инертного слоя и последующем их падении сток с болотного массива практически прекращается. При хорошо развитой гидрографической сети на болоте вероятность падения стока до нуля меньше. Болотные ручьи, речки, болотные топи оказывают известное влияние на сток с болот, выравнивая его, но оно не очень велико. Полное прекращение стока с верховых болот возможно как в зимний, так и в летний меженные периоды. Дальнейшие исследования этого вопроса К. А. Клюевой и данные анализа материалов наблюдений на болотно-гидрологических станциях подтвердили, что минимальные средние месячные модули стока уменьшаются с увеличением заболоченности бассейнов, причем заметное снижение их наблюдается при заболоченности свыше 50% и особенно тогда, когда болота не содержат большого объема свободной воды. Дождевые осадки, выпадающие при уровнях грунтовых вод, расположенных ниже деятельного слоя, аккумулируются в болоте и не дают стока. Для возобновления его необходимо, чтобы уровни грунтовых вод достигали этого слоя. Воды, поступающие в низинные болота зон неустойчивого и недостаточного увлажнения, в значительной части расходуются на испарение (например, с низинных болотных массивов юга Барабинской низменности). Выполняя, по существу, функцию испарителей в этих районах, низинные болота при большом их распространении на водосборе способствуют существенному снижению речного стока. Однако в ряде случаев сток с водосборов, на которых распространены низинные болота, оказывается выше и устойчивее по сравнению с водосборами, лишенными болот. В этих случаях повышенный сток с низинных болот, как и повышенный сток рек, является следствием одной общей причины — повышенного грунтового питания. Примером может служить сток некоторых рек Полесья. Таким образом, влияние болот на сток рек не однозначно. В зоне достаточного и избыточного увлажнения болота практически не оказывают влияния на норму годового речного стока; они снижают максимальный и минимальный сток. Крупные болотные массивы, в которых значительные площади заняты озерами и озерно-мочажинными комплексами, способствуют регулированию речного стока. Наличие болотных массивов в районах недостаточного увлажнения способствует снижению речного стока по сравнению с незаболоченными водосборами, и тем сильнее, чем в более теплых и засушливых областях располагаются речные бассейны.

65. Мировой океан и его части. Классификация морей

Водная поверхность земного шара представляет собой единую поверхность, называемую Мировым океаном. Его площадь равна 361,3 млн км3 (71% поверхности Земли), а средняя глубина 3,7 км. Океан и суша распределены на земном шаре неравномерно. Южное полушарие более океаническое, чем северное. Здесь океан занимает 81% площади полушария, в северном полушарии — 61%. Неравномерное распределение воды и суши на нашей планете — важнейший фактор формирования природы земного шара. Условно Мировой океан разделяют на более или менее самостоятельные крупные части — океаны, сообщающиеся между собой.. Впервые деление Мирового океана на части было выполнено в 1650 году, голландским ученым Б.Варениусом. Он выделил пять океанов Северный Ледовитый, Атлантический, Тихий, Индийский и Южный. Этого деления придерживаются и сейчас во многих странах мира. В Советском Союзе согласно классификации, принятой для Атласа Каждый океан имеет свои ответвления — моря и заливы. Морем называется часть океана, так или иначе ограниченная берегами материков, островами и повышениями дна (порогами), отличающаяся от соседних частей особенностями физических и химических свойств, экологических условий, а также характером течений и приливов. По морфологическим и гидрологическим признакам моря подразделяются на окраинные, средиземные (внутриматериковые и межматериковые) и межостровные. Окраинные моря располагаются на подводных окраинах материков и в переходных зонах и отделяются от океана грядами островов, полуостровами или подводными порогами. Моря, приуроченные к материковым отмелям (шельфовые моря), мелководные. Например, максимальная глубина Желтого моря 106 м. Моря, расположенные в переходных зонах, имеют глубины до 3500—4000 м (Берингово, Охотское, Японское). Воды окраинных морей по физическим свойствам и химическому составу мало отличаются от океанических, так как эти моря соединяются с океанами на широком фронте. Средиземные моря глубоко вдаются в сушу и с океаном соединяются одним или несколькими сравнительно узкими проливами. Некоторая обособленность средиземных морей, затрудненность их водообмена с океаном сформировали особый гидрологический режим этих морей, отличный от океанического. Средиземные моря принято делить на межматериковые и внутриматериковые. Межматериковые моря приурочены к крупным зонам тектонической активности, поэтому характеризуются большими глубинами, довольно сильной расчлененностью, сейсмичностью и вулканизмом. Располагаются они между материками: Средиземное (Романское) и Красное между Евразией и Африкой; Американское — между Северной и Южной Америкой; Азиатско-Австралийское — отделяет Австралию от Азии. Внутриматериковые моря оконтурены берегами одного и того же материка (Балтийское, Белое, Черное и др.) и лежат на участках с материковой корой. Обычно мелководны. Например, наибольшая глубина Балтийского моря 470 м, Белого — 350 м, Азовского — 13 м. Межостровные моря отделяются от океана более или менее тесным кольцом отдельных островов или островными дугами (Филиппинское, Фиджи, Банда, Сулу и др.). К межостровным морям относят и Саргассово море, не имеющее выраженных границ, но обладающее ярко выраженным специфическим гидрологическим режимом и особыми видами животных и растительных форм. Заливы — части океана (моря), вдающиеся в сушу, но не отделенные от него подводным порогом. В зависимости от происхождения, строения берегов и формы заливы имеют различные, зачастую местные названия: фьорды, бухты, лагуны, лиманы, губы.

66. Водный баланс Мирового океана

Мировой океан - непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава. 1

Краткая справка

Площадь: 361,3 млн км² (71 % земной поверхности) 2

Объем: 1340,7 млн. км³ (1/800 земного объема и 96,5% всего количества воды на планете) 3

Средняя глубина: 3711 м

Максимальная глубина: 11022 м (Марианский желоб)

Средняя температура: 3,73º С 4

Средняя соленость: 34,72‰ 5

Водный баланс: осадки - 458 тыс км³/год, испарение - 505 тыс км³/год, речной сток - 47 тыс км³/год 6

Подразделение Мирового океана

Мировой океан подразделяют на отдельные океаны. Первое официальное решение о разделении Мирового океана было предложено в 1845 г. специальной комиссией, созданной Лондонским географическим обществом. Тогда было выделено пять океанов: Атлантический, Тихий, Индийский, Северный Ледовитый и Южный Ледовитый.

Внутри океанов выделяют моря, заливы, проливы

67. Плотность вод и их перемешивание

Плотность. Одной из важнейших характеристик морской воды является плотность. Плотностью морской воды в океанографии принято называть отношение массы единицы объема воды при той температуре, которую она имела в момент наблюдений, к массе единицы объема дистиллированной воды при 4° С, т. е. при температуре ее наибольшей плотности. Плотность морской воды существенно растет с увеличением солености. Возрастанию плотности поверхностных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образование льда. В открытом океане плотность, как правило, определяется температурой и поэтому от экватора к полюсам растет. С глубиной плотность воды в океане увеличивается. Давление и сжимаемость. Вода значительно плотнее воздуха. Поэтому изменение давления с увеличением глубины в океане происходит гораздо быстрее, чем в атмосфере. На каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Нетрудно подсчитать, что на глубинах порядка 10 км давление достигает 1 тыс. атм. Однако воздействие давления воды на живые глубоководные организмы незаметно, так как чрезвычайно мало сжатие воды, т. е. Уменьшение ее удельного веса. Интересно отметить, что, несмотря на малую сжимаемость морской воды, уровень реального Мирового океана расположен примерно на 30 м ниже того уровня, который он бы занимал при условии несжимаемости воды.

68. Морские льды

Морской лед - любая форма льда, образовавшаяся в море в результате замерзания морской воды. Характерными свойствами морского льда являются соленость и пористость, которые определяют его плотность (от 0.85 до 0.93-0.94 г/см куб.). Из-за малой плотности льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/7-1/10 своей толщины. Морской лед начинает таять при температуре выше -2.3 град.С; он более эластичен и труднее поддается раздроблению на части, чем пресноводный лед. Морской лед по своему местоположению и подвижности разделяется на три типа: припай, дрейфующие льды, паковые многолетние льды (пак). Ледовый режим Мирового океана определяется тем, что на преобладающей части его площади температура воды в течение всего года выше точки замерзания, поэтому льдообразование наблюдается только в полярных и субполярных широтах. В умеренной зоне лишь очень в немногих, преимущественно мелководных морях на короткое время устанавливается ледовый покров. Значительное отодвигание границы зимнего льдообразования в сторону полюсов определяется также соленостью, поскольку соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная. Пресная вода, как известно, при охлаждении достигает наибольшей плотности при +4° С, а начинает замерзать только при 0° С. Процесс замерзания солоноватых вод (до 24,7°/оо) происходит так же, как и в пресной воде: вода сначала достигает температуры наибольшей плотности при данной солености, а затем точки замерзания. При солености 24,7°/0о температура замерзания и наибольшей плотности одинакова (—1,332° С). При солености больше 24,7%о температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, вследствие чего замерзание морской воды происходит иначе, чем пресной, при этом только часть солей переходит в лед, образовавшийся из морской воды, другая же часть стекает обратно в воду в виде солевого раствора, увеличивая тем самым соленость, а следовательно, и плотность поверхностной воды. Это обстоятельство, одной стороны, способствует поддержанию и усилению конвекционных движений и тем самым задерживает замерзание, а с другой — требует дальнейшего понижения температуры, т. к. с увеличением солености понижается температура замерзания. Поэтому замерзание морской воды происходит не при одинаковой температуре, а при понижающейся. Морской лед по сравнению с пресноводным отличается большой пластичностью и вязкостью, но обладает меньшей прочностью. Льды покрывают около 15% всей акватории Мирового океана, т. е. 55,4 млн км2, в том числе 39 млн км2 в южном полушарии. Отдельные айсберги в северном полушарии достигают 35° с. ш., в южном — 40° ю. ш. и даже встречаются в тропиках. Для северных вод типичный крупный айсберг может иметь 200 м в поперечнике и возвышаться над уровнем моря примерно на 25 м. Глубина подводной части достигает 225 м, а общая масса 5 • 109 кг. Мощность Антарктических айсбергов доходит до 500 м, а размеры в поперечнике достигают нескольких десятков километров.

69. Приливы

Периодические колебания уровня моря, возникающие под действием сил притяжения Луны и Солнца, называются приливными явлениями. Фазы подъема и спада уровня называют собственно приливом и отливом. Приливообразующие процессы, обусловленные силами тяготения, вызывают колебательные движения всей массы вод Мирового океана. Эти движения сопровождаются изменениями уровня морей и океанов и течениями периодического характера. Т. е. возникают поверхностные и внутренние волны под действием Луны и Солнца. Приливообразующая сила Луны в среднем в 2,17 раза больше приливообразующей силы Солнца. Поэтому основные черты приливных явлений определяются главным образом взаимным положением- Луны и Земли. При приливах и отливах возникают поступательные движения воды — приливные течения. Во время прилива они направлены к берегу, а при отливе — от берега. Расстояние по вертикали между уровнями полной и малой воды называется величиной прилива. Половина величины прилива — амплитуда прилива. Величину прилива не следует смешивать с высотой прилива, которая понимается как положение уровня в данный момент над каким-либо другим уровнем, условно принятым за нуль. В зависимости от периода различают полусуточные приливы, имеющие средний период, равный половине лунных суток (12 ч 25 мин); суточные со средним периодом, равным лунным суткам (24 ч 50 мин); смешанные, у которых в течение половины лунного месяца период меняется с полусуточного на суточный. Наблюдая за величиной прилива и временем наступления полных и малых вод, легко заметить, что они не остаются неизменными ото дня ко дню, а для случая смешанных приливов — и в течение суток. Неравенства приливов вполне закономерны и связаны с изменением положения Луны, Солнца и Земли. Выделяют следующие основные виды неравенств в явлении приливов: суточные, полумесячные, месячные (параллактические) и длиннопериодные. Приливные волны распространяются вверх по некоторым рекам, вызывая колебания уровня на большом расстоянии от устья. Это расстояние зависит от уклона дна реки и скорости ее течения. Так, на реке Амазонке приливы ощущаются на расстоянии 1400 км от устья, на реке Святого Лаврентия — 700 км, на реке Хатанге — 700 км, на реке Ганг — 250 км и т. д. Приливообразующая сила сказывается не только на гидросфере. Приливы проявляются в атмосфере в виде периодических изменений атмосферного давления с амплитудой 1,25 мбар Приливы, вызванные притяжением Луны и Солнца, оказывают тормозящее воздействие на вращение Земли. С этим связано уменьшение угловой скорости Земли и удлинение земных суток (0,001 за каждые 1000 лет), а также превращение механической энергии торможения вращения Земли в тепловую.

70. Морские течения

Это поступательные движения масс воды в морях и океанах. На направление морского течения большое влияние оказывает сила вращения Земли, отклоняющая течения в Северном полушарии вправо, в Южном - влево. Морские течения различаются: по происхождению - вызываемые трением ветра о поверхность моря (ветровые течения), неравномерным распределением температуры и солености воды (плотностные течения), наклоном уровня (стоковые течения) и т.д.; по характеру изменчивости - постоянные, временные и периодические (приливного происхождения); по расположению - поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные, придонные; по физико-химическим свойствам - теплые (например, Гольфстрим, Куросио), холодные (например, Лабрадорское, Курильское течения), опресненные и соленые. Горизонтальный перенос масс воды из одного места океана или моря в другое называется течением. Эти посту нательные движения воды играют огромную роль в жизни Мирового океана: способствуют обмену вод, перераспределению тепла, изменению береге переносу льдов, а также оказывают большое влияние на циркуляцию атмосферы и на климат различных частей Земли. Пассаты в Северном полушарии обусловливают возникновение пассатного течения севернее экватора, которое под действием силы Кориолиса приобретает широтное направление и пересекает океан с востока на запад. В южном полушарии южнее экватора устанавливается такое же пассатное течение. У западного берега океана северное пассатное течение под влиянием конфигурации берега отклоняется к северу, а южное — к югу. В пределах 30—40° с. ш это течение под действием силы Кориолиса приобретает широтное направление и пересекает океан с запада на восток. У восточного берега оно раздваивается. Южная ветвь течения устремляется вдоль берега, обеспечивая принос более холодных вод в тропические районы и постепенно отклоняясь к западу, вливается в северное пассатное течение, замыкая таким образом северное циркуляционное кольцо верная ветвь, также распространяясь вдоль берега, образует теплое течение, поскольку здесь происходит перенос более теплых вод с юга. Отклоняясь к западу под воздействием конфигурации Северно-Американского материка, в Тихом океане эта ветвь образует второе северное циркуляционное кольцо, значительно меньшее, чем первое. В Атлантическом океане подобное кольцо также имеется, но севернее его, благодаря сложному распределению пространств суши и моря, здесь образуется еще одно небольшое циркуляционное кольцо в пределах Норвежского моря. В Южном полушарии картина аналогичная, но второго кольца течений нет. На юге, там где расположено сплошное водное пространство, существует мощное дрейфовое течение западных ветров (круговое антарктическое), соединяющее воды трех океанов воедино. Вдоль экватора, между северным и южным пассатными течениями, образуется экваториальное противотечение, имеющее в отличие пассатных направление с запада на восток. Оно в значительной мере имеет характер стокового и питается ответвлениями пассатных течений. Поверхностные течения, возбуждаемые ветром, заметны только в верхнем слое в несколько десятков метров, поэтому долго считали, что в глубинах океана нет перемешивания воды течениями.

71. Водные массы Мирового океана

Существующие представления о водных массах Мирового океана, областях и причинах их формирования, переносе и трансформации крайне ограничены. Вместе с тем исследования всего того многообразия свойств вод, которое встречается в реальных условиях, необходимо не только для понимания структуры и динамики вод, но также для изучения обмена энергии и веществ, особенностей развития биосферы и других важнейших сторон природы Мирового океана.

Большинство промежуточных, глубинных и придонных водных масс формируется из поверхностных. Опускание поверхностных вод происходит, как уже говорилось, главным образом за счет тех вертикальных перемещений, которые вызываются горизонтальным обращением. Особенно благоприятны условия для образования водных масс в высоких широтах, где развитию интенсивных нисходящих движений по периферии макроциркуляционных циклонических систем способствует более высокая плотность вод и менее значительные вертикальные ее градиенты, чем в остальной части Мирового океана.

Границами различных типов водных масс (поверхностных, промежуточных, глубинных и придонных) являются пограничные слои, разделяющие структурные зоны. Однотипные водные массы, расположенные в пределах одной структурной зоны, разделяются океаническими фронтами. Их значительно проще проследить у поверхностных вод, где фронты выражены наиболее ярко. Сравнительно легко подразделить промежуточные воды, заметно отличающиеся своими свойствами друг от друга. Труднее выделить различные виды глубинных и придонных вод при гомогенности и еще довольно слабом представлении об их перемещении. Привлечение новых данных (особенно по содержанию в водах растворенного кислорода и фосфатов), являющихся хорошими косвенными показателями динамики вод, позволило развить ранее разработанную общую классификацию водных масс Мирового океана. При этом по Индийскому океану широко использовалось исследование водных масс, проведенное А. Д. Щербининым. Более слабо изученными пока оказались водные массы Тихого и Северного Ледовитого океанов.

На основе всех имеющихся сведений удалось уточнить ранее опубликованные схемы переноса водных масс в меридиональном сечении океанов и построить карты их распространения.

72. Водные экосистемы

Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

73. Антропогенные воздействия на природные воды

Антропогенное загрязнение гидросферы

Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромное и многообразное давление. Существует две категории использования воды – водопользователи и водопотребители. Водопользователи используют воду для своей деятельности (транспорт, рыбное хозяйство). Водопотребители используют воду в целях производственных, технологических и жизнеобеспечения. В настоящее время потребность населения Земли в воде составляет 18700 км3, из них 38% расходуется на ирригацию, 9% на промышленность, 3% на бытовые нужды, 48% на разбавление сточных вод и 2% на другие потребности.

На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействие человека на гидросферу, это выражается в химическом и бактериальном загрязнении вод.

Все загрязняющие воду вещества делятся на группы:

органические вещества сельского хозяйства, бытовых и промышленных стоков (их окисление происходит под воздействием кислорода);

болезнетворные микроорганизмы и вирусы в плохо обработанных стоках городов и животноводческих ферм;

азот и фосфор из бытовых и сельскохозяйственных стоков, что увеличивает содержание нитратов и нитритов в водоемах;

тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды, моющие вещества, фенолы.

74. Антропогенные изменения климата и их влияние на гидросферу

Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).

Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.

75. Воднохозяйственные и водноэкологические проблемы и роль гидрологии в их решении

ТУТ МОЖНО И ТАК ДОГОДАТСЯ)))