Контрольная работа по "Гидрология"

Гидрология

1. Определение гидрологии как науки, объекты изучения и разделы гидрологии.

Вода - одно из самых распространенных на Земле и необычных по своим  свойствам химических соединений. Без воды невозможно существование самой жизни. Вода — основная среда, обеспечивающая обмен веществ и развитие организмов. С древнейших времен жизнь человека и развитие культуры связаны с водой. Она широко используется в промышленности, энергетике, сельском и рыбном хозяйстве, в медицине и т.д.

Вода – носитель механической и тепловой энергии и играет важнейшую роль в  обмене веществом и энергией между  геосферами и географическими районами Земли. Этому во многом способствуют ее аномальные физические и химические свойства. 

Изучением воды в природе занимается наука гидрология. Гидрология изучает гидросферу, включая океаны и моря, реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды, снег и ледники, влагу атмосферы, а также ее свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимодействии с атмосферой, литосферой и биосферой.

 Термин "гидрология" (гидрос – вода, логос – наука) впервые упомянут в 1694 году в книге, содержащей "начала учения о водах", изданной Мельхиором во Франкфурте-на-Майне, а первые гидрологические наблюдения, по мнению американского гидролога Раймонда Найса, 5000 лет назад проводили на реке Нил египтяне. Первоначально гидрология развивалась как отрасль физической географии, гидротехники, геологии, навигации и как система научных знаний оформилась только в начале 20 в. Определение гидрологии как науки дал В. Г. Глушков в 1915 г. В формировании этой науки большую роль сыграло учреждение в 1919г. Государственного Гидрологического института. Современная гидрология широко пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках, всё больше возрастает роль математических методов.

При изучении взаимосвязей водных объектов с окружающей средой гидрология использует данные климатологии, метеорологии, геологии, гидрогеологии, геоморфологии, физической географии  и др.

Гидрология подразделяется на несколько разделов, которые можно назвать самостоятельными науками. Как известно, одним из важнейших свойств воды как жидкости является ее подвижность. Изучение законов движения и равновесия жидкости – задача гидромеханики и ее прикладного раздела – гидравлики, которая разрабатывает способы применения общих законов движения и равновесия жидкости (покоя) к решению практических задач в конкретных условиях создаваемых природой. Изучением физических свойств воды и физических процессов, происходящих в водной оболочке земли, занимается гидрофизика. Изучение состава и химических свойств природных вод и их изменения являются содержанием  раздела геохимии – гидрохимии.

Природные воды представляют собой  среду, в которой существуют животные и растительные организмы. Биологические процессы, протекающие в воде, тесно связаны с ее свойствами и гидрологическими условиями. В то же время эти процессы оказывают влияние на химический и газовый состав водной массы. Остатки отмирающих животных и растений образуют включения и илы, покрывающие дно озер и морей. В болотах органические остатки образуют торф, в реках изменяют структуру поймы и др. Наука, изучающая водные организмы и их взаимодействие с окружающей средой, называется гидробиологией.

Раздел гидрологии по изучению воды океанов и морей  называется океанологией. Гидрология грунтовых (подземных вод) называется гидрогеологией. В гидрологию входят те разделы гидрогеологии, которые изучают взаимодействие поверхностных и подземных вод. Раздел гидрологии изучающий поверхностные воды суши называется континентальной гидрологией или гидрологией суши. В то же время наука гидрология суши подразделяется на гидрологию рек – потамологию (в дальнейшем будем называть - гидрология), озер - лимнологию, ледников – гляциологию, болот – тельматологию.

Гидрология, занимающаяся решением различных инженерных задач (в гидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительстве мостов, автомобильных и железных дорог и т.д.), называется инженерной гидрологией.

В результате широкого применения в гидрологии теории вероятностных процессов сформировалась стохастическая гидрология.

В связи с широким  развитием гидротехнических мелиораций появилось новое направление гидрологии – мелиоративная гидрология.

В зависимости от круга изучаемых  вопросов и методов исследований из гидрологии выделились такие самостоятельные  разделы и науки, как гидрография, гидрологические расчеты, гидрологические прогнозы, гидрометрия, регулирование стока и др.

В задачу гидрографии входит изучение закономерностей географического распространения поверхностных вод, описание конкретных водных объектов, их гидрологического режима и хозяйственного значения, а также установление их взаимосвязи с географическими условиями территории.

Гидрологические расчеты и прогнозы, называемые инженерной гидрологией, занимаются разработкой методов расчета и прогноза различных гидрологических характеристик, необходимых для целесообразного использования их при изменении естественного режима водных объектов и для проектирования на них гидротехнических сооружений.

Значение гидрологии определяется главными задачами водного хозяйства, как отрасли науки и техники, охватывающей учет, изучение, использование, охрану водных ресурсов, а также борьбу с вредным действием вод.

Гидрометрия – наука о методах и средствах определения величин, характеризующих движение и состояние жидкости, и режим водных объектов. В задачу гидрометрии входят определения: уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; напоров и давлений; скоростей и направлений течения жидкости, пульсаций скоростей и давлений; параметров волн; гидравлических уклонов; расходов жидкости; мутности потока; расходов наносов и пульпы; элементов термического и ледового режимов потоков. Наибольшее развитие в связи с гидротехническим строительством получила речная гидрометрия. Эффективное использование водных ресурсов и рациональная эксплуатация гидромелиоративных систем, гидротехнических сооружений и ГЭС, мостов, автомобильных и железных дорог обусловили формирование и развитие эксплуатационной гидрометрии, особенно ирригационной.

Получила развитие инженерная гидрометрия. Ее основные задачи: гидрометрические работы в период строительства и ввода в эксплуатацию гидротехнических сооружений и мостов; наблюдения за влиянием возводимых сооружений на гидравлические элементы потока и воздействием потока на сооружения (их состояние и сохранность подводных частей); наблюдения за деформациями естественного русла, в особенности вблизи сооружений, пропуском паводка и воздействием ледохода на сооружения; гидрометрические исследования при перекрытии русл рек и переводе потока на водосбросные сооружения. Развивается гидрометрия двухфазных потоков (пульпы, аэрированных, нестационарных потоков и др.). Гидрометрия совершенствуется на основе гидромеханики и достижений физики. Одно из перспективных направлений гидрометрии — дистанционная регистрация элементов потока без нарушения его структуры.

Регулирование речного стока – это наука о перераспределении (увеличение или уменьшение) во времени объемов речного стока в замыкающем створе реки по сравнению с ходом поступления воды на поверхность водосбора. Сток регулируется путем накопления воды в водохранилищах в период половодий и паводков и расходования ее в период превышения потребления воды над ее естественным поступлением в реки с водосборов.

Одна из главных задач в таких гидрологических расчетах — определение объема водохранилища. Одновременно решаются и такие задачи, как определение водохозяйственного эффекта от эксплуатации водохранилища, установление правил эксплуатации водохранилища, установление правил эксплуатации водохозяйственной установки, обеспечивающих получение наибольшего экономического эффекта, и др.

Совокупность подобных расчетов, тесно  связанных с расчетами регулирования стока, называют водохозяйственными. Водохозяйственные расчеты, связанные с проектированием и эксплуатацией ГЭС, называются водноэнергетическими.

Согласно определению М. В. Потапова, регулирование стока в широком смысле представляет изменение природного (бытового) режима поверхностного и подземного стоков. Гидротехника — это совокупность методов воздействия на сток воды.

Регулирование стока можно подразделить на естественное и искусственное. Естественное регулирование стока происходит при аккумуляции воды в понижениях рельефа, в руслах и поймах рек, под влиянием озер, болот, лесов и др.

Регулирование речного стока в естественных условиях в результате временного задержания в бассейне реки части талых снеговых и дождевых вод называется бассейновым. Регулирование речного стока в естественных условиях в результате накопления воды в русловой сети при подъеме уровня воды в реке и последующей сработке накопленных запасов воды при спаде уровня называется русловым. Если поток выходит на пойму, происходит русловое и пойменное регулирование стока.

Результатом не всегда разумной хозяйственной  деятельности человека стало увеличение безвозвратного водопотребления (до полного  истощения водных источников) и угрожающее загрязнение природных вод, что вносит нередко необратимые изменения в водный баланс и экологические условия обширных районов. Это обусловило возникновение нового направления гидрологической науки - гидролого-экологического, которое является одновременно важной составной частью геоэкологии - науки, изучающей необратимые процессы и явления в природной среде и биосфере, возникающие в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также близкие и отдаленные во времени последствия этих воздействий.

2. Понятия:  река, гидрографическая сеть, речная  система.

Природный постоянный водный поток (водоток) значительных размеров с естественным течением по руслу (выработанном им в естественном углублении) от истока вниз до устья и питающийся за счёт поверхностного и подземного стока с его бассейна называется рекой.

Реки являются составной  частью гидрологического цикла. Вода в  реке, как правило, собирается с поверхностных стоков, образующихся в результате атмосферных осадков с определённой площади, ограниченной водоразделом (бассейн реки), а также из других источников, например, запасов подземных вод, влаги, хранящейся в естественном льду (в процессе таяния ледников) и снеговом покрове.

Место начала реки называется истоком. Начало река может получить из ручьев и ключей, ледника, озера или болота. Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является началом этой реки, однако за исток ее следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. В этом случае можно различать гидрографическую длину реки, т.е. длину от наиболее удаленного истока, и длину реки данного названия.

При определении  длины реки по карте необходимо, прежде всего, установить признаки выделения истока и устья.

В том случае, когда река образуется слиянием двух рек без названия, за исток реки принимается исток водотока большей  длины, а при одинаковом их протяжении — исток левой составляющей.

Впадая в другую реку, озеро или море, река образует устье. Если река впадает в реку, озеро или море двумя рукавами, за устье принимается устье более крупного рукава. При наличии дельты за устье принимается устье основного рукава. Если река оканчивается оросительным или ирригационным веером, за устье принимается место разветвления реки на оросительные каналы.

Кроме истока и  устья, на сравнительно крупных реках  выделяют участки верхнего, среднего и нижнего течения. Для указанного разграничения общего протяжения реки на участки не существует твердо установленных условий. Это деление производится с учетом изменения вниз по течению реки рельефа местности, скоростей течения, водности потока и других его характеристик.

В устьях рек  возникают своеобразные процессы, связанные с отложением выносимых рекой наносов и взаимодействием вод впадающей реки и водоема, их принимающего (река, озеро, море).

При впадении в  море или озеро, река часто отлагает значительное количество наносов, и в этом случае создает многорукавное устье, называемое дельтой. Чем меньше несет река наносов, тем слабее выражены дельтовые формы. Приливы, отливы и морские течения затрудняют образование дельт. В этих случаях река часто вливается в море одним широким руслом, образуя губу, или эстуарий.

Особой формой эстуариев являются лиманы, представляющие собой затопленную морем устьевую часть долины. Образование лиманов происходит при опусканиях береговой полосы. Лиманы сохраняют характерную извилистость речной долины. В отличие от лимана, участок моря, примыкающий к морскому берегу и отделенный от основного морского пространства косой, называется лагуной.

Таким образом, лиман представляет собой как  бы часть реки, лагуна же является частью моря, примыкающей к устью реки.

Наносы, выносимые  реками в море, откладываясь за пределами устья, образуют мелководное взморье — бар.

В конце нижнего  течения реки при впадении ее в море и в пределах прибрежной части моря образуется переходная зона. На протяжении этой зоны под влиянием моря режим реки существенно изменяется: скорости течения уменьшаются, в реку проникают приливно-отливные течения, происходит смешение речной и морской воды, ширина реки резко возрастает и образуется дельта или эстуарий.