ИСТОРИЯ ГИДРОТЕХНИКИ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Разделы гидротехники

ИСТОРИЯ ГИДРОТЕХНИКИ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Разделы гидротехники: § гидроэнергетика (использование кинетической энергии воды); § транспорт (обеспечение судоходства и лесосплава по водным путям); § инженерные мелиорации по двум направлениям: - сельское хозяйство: орошение, обводнение и осушение земель; - защита населенных пунктов (промышленных объектов, линий транспорта, связи, различных сооружений) от вредного воздействия воды; § водоснабжение населения и промышленных предприятий; § разведение рыбы; § рекреация – организация мест отдыха; § преобразование окружающей среды – строительство плотин изменяет режим движения воды (изменение скорости движения воды приводит к тому, что горные реки могут превратиться в равнинные, очиститься от взвешенных частиц; изменится льдообразование; другой биоценоз: другие сорта рыб), скопления больших масс воды делает климат более влажным, мягким, приводит к наведенной сейсмичности

Рациональное и комплексное использование вод § Рациональное использование – это всестороннее научно обоснованное использование вод, обеспечивающее оптимально полезный эффект для общества в текущий период и в течение принятого периода расчетной перспективы при обязательном соблюдении всех требований водного законодательства. § Комплексное использование – такое использование, при котором находят экономически оправданное применение все полезные свойства того или иного водного объекта для удовлетворения разнообразных потребностей всех заинтересованных водопользователей – населения и народного хозяйства.

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ К водным ресурсам относятся пригодные водным ресурсам для использования в народном хозяйстве воды: § поверхностных водоемов (рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов); § подземные воды; § почвенная влага; § вода ледников; § вода, находящаяся в виде пара в атмосфере.

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ Общие запасы воды на Земле – 1 454, 3 млн. км 3. Вода морей и океанов – 94 % всей воды Земли. Покрыто водой – 72 % поверхности Земли. Объем воды на суше – 90 млн. км 3, в том числе: – подземные воды 60 млн. км 3; – воды ледников – около 29 млн. км 3; Оставшийся 1 миллион км 3 распределяется примерно так: – 750 тыс. км 3 содержится в озерах, прудах, болотах и прочих непроточных водоемах; – 77 тыс. км 3 – почвенные воды; – 13 – 15 тыс. км 3 содержится в атмосфере в виде пара и дождя; – примерно 1, 2 тыс. км 3 воды в каждый момент времени течет в реках и ручьях, что составляет примерно 0, 001 % от всех пресных вод; – остальная вода входит в различные соединения, содержится в растениях и живых организмах.

Масса воды относительно всей массы Земли ничтожно мала: • масса Земли составляет 5, 5× 1027 кг; • масса воды 1, 5× 1021 кг, то есть всего .

Виды круговорота воды § Большой, или мировой, круговорот – водяной пар, образовавшейся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная – очищается. § Малый, или океанический, круговорот – водяной пар, образовавшейся над поверхностью океана, конденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан. § Внутриконтинентальный круговорот – вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

Баланс воды в круговороте С поверхности океана испаряется за год – 425 тыс. км 3 воды. С поверхности суши испаряется за год – 71 тыс. км 3 воды. На поверхность океана выпадает 385 тыс. км 3 воды. На сушу выпадает 111 тыс. км 3 воды. Всего испаряется (с поверхности океана и суши) 425 + 71 = 496 тыс. км 3. Выпадает в виде осадков на поверхность океана и сушу 385 + 111 = 496 тыс. км 3. Видим, на сушу выпадает осадков больше (111 тыс. км 3), чем с нее испаряется (71 тыс. км 3). Разница 111 – 71 = 40 тыс. км 3 стекает в океан с суши по рекам. Так как в атмосфере в любой момент времени находится около 13 тыс. км 3 воды в виде пара, получается, что за год совершается примерно 38 круговоротов (496 : 13).

Баланс воды в круговороте

Круговорот воды в природе (тыс. км 3)

Водосбор – это часть земной поверхности и толща почв и горных Водосбор пород, откуда вода поступает к водному объекту. Различают поверхностный и подземный водосборы. Водосборный бассейн – поверхность, с которой речная система, море бассейн или озеро собирают воды. Водосборный бассейн ограничен водоразделом. Водоем и водосборная площадь образуют единую экосистему. Водоток – это водный объект: Водоток • питаемый водосбором или другим водным объектом; • характеризуемый постоянным или временным движением воды в углублении земной поверхности (в русле) в направлении общего уклона. Различают: • временные и постоянные водотоки; • естественные и искусственные водотоки. Речной сток – перемещение воды в виде потока по речному руслу. Речной сток Расход воды – количественное значение стока в единицу времени. Расход воды

Годовой сток наиболее полноводных рек мира Название Объем стока за год, км³ Амазонка, Южная Америка 6 903 км³ Конго, Африка 1 445 км³ Янцзы, Азия 1 080 км³ Ориноко, Южная Америка 913 км³ Енисей, Азия 624 км³ Миссисипи, Северная Америка 598 км³ Парана, Южная Америка 551 км³ Лена, Азия 536 км³ Токантинс, Южная Америка 513 км³ Замбези, Африка 504 км³ Годовой сток самой полноводной в Европе реки Волги составляет 251 км³.

Фазы водного режима водоема Паводок – сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей. Следующие один за другим паводки могут образовать половодье. Значительные паводки могут вызвать наводнение. Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водности реки, вызывающее подъем ее уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы. Межень – ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких (меженных) уровней воды в реках. Обычно к межени относят маловодные периоды продолжительностью не менее 10 дней, вызванные сухой или морозной погодой, когда водность реки поддерживается, главным образом, грунтовым питанием при сильном уменьшении или прекращении поверхностного стока. В умеренных и высоких широтах различают летнюю (или летне-осеннюю) и зимнюю межень. Ледостав – период, когда наблюдается неподвижный ледяной покров на водотоке или водоеме. Длительность ледостава зависит от продолжительности и температурного режима зимы, характера водоема, толщины снега. Ледоход – движение льдин и ледяных полей на реках.

Гидрограф – график изменения во времени расхода воды в створе реки или иного водотока. Типы гидрографов: • единичный гидрограф – гидрограф, показывающий изменение расходов воды во время единичного паводка; • типовой гидрограф – гидрограф, отражающий общие черты внутригодового распределения расхода воды в реке; • многолетний гидрограф паводка – расчетная паводочная волна в определенном створе водотока, характеризуемая определенным многолетним расходом, типовым гидрографом и соответствующим объемом.

Типовой гидрограф реки со снеговым питанием 1 – график Q = f (t); 2 – ледостав; 3 – ледоход; 4 – паводковый сток; 5 – сток грунтового питания; 6 – сток дождевых паводков

Еще пример гидрографа реки 1 – снеговое питание реки; 2 – дождевое питание; 3 – грунтовое (подземное) питание.

Водохранилища Сейчас на Земле более 250 тысяч водохранилищ. Общая площадь их зеркала – 600 тыс. км 2. 2 260 водохранилищ имеют объем более 100 км 3 каждое. Крупнейшие водохранилища мира Страна Напор, м Площадь зеркала, км 2 Объем воды, км 3 полный Объем воды, км 3 полезный Год заполнения Виктория, р. Нил, оз. Виктория Уганда, Танзания, Кения 31 76 000 205 1954 Братское, р. Ангара Россия 106 5 470 170, 0 50, 0 1967 Кариба, р. Замбези Замбия, Зимбабве 100 4 450 160 46 1963 Насер, р. Нил Египет 95 5 120 157 74 1970 Вольта, р. Вольта Гана 70 8 480 148 90 1967 Водохранилище (река, озеро)

Водохранилища Крупнейшие водохранилища России Река Напор, м Площадь зеркала, км 2 Объем воды, км 3 полный Объем воды, км 3 полезный Средняя ширина, км Рыбинское 1940 – 47 Волга 18 4580 25, 4 16, 7 20, 0 Цимлянское 1952 Дон 26 2700 24, 0 11, 4 7, 0 Куйбышевское 1957 Волга 30 6450 56, 0 34, 0 10, 0 Братское 1967 Ангара 106 5500 170, 0 50, 0 9, 7 Красноярское 1971 Енисей 101 2130 77, 0 32, 0 5, 5 Название и год ввода

Подземные воды Подземными водами называются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Запасы пресной воды в недрах Земли до глубины 16 километров дают величину 400 миллионов кубических километров, то есть около 1/3 вод Мирового океана.

Происхождение подземных вод Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет 15 – 20 % общего количества атмосферных осадков. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: • водопроницаемые, • полупроницаемые, • водонепроницаемые или водоупорные.

Подземные воды По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские. Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения. К верховодке нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя. Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они относятся к водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным притоком воды. Напорными или артезианскими называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность.

Подземные воды