Круговорот воды Суша подразделяется на Области внешнего стока

Круговорот воды Суша подразделяется на Области внешнего стока Области внутреннего стока (атмосферные осадки, поступающие в Мировой океан) 80% (бессточные области) 20% Главный водораздел земного шара Сток рек в Атлантический и Северный Ледовитый океаны (60% суши) Сток рек в Тихий и Индийский океаны (40% суши)

Водные объекты: Водотоки Водоемы Особые объекты Реки, ручьи, каналы океаны, моря, озера, водохранилища, пруды, болота ледники и подземные воды Гидрографическая сеть территории = водоемы + водотоки Водосбор – часть земной поверхности или толщи почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Водораздел – граница между водосборами.

Водосбор Северного Ледовитого океана (показан ежегодный сток основных рек в куб. км)

Схема трансформации расхода воды (тыс. км 3/год) в океаническом и континентальном звеньях ГГЦ

Гидрологическая классификация водных объектов Группа Водный объект Структура водного баланса Водообмен Водные массы Приход, % Транзитная 100 Реки Расход, % 100 Часы-сутки РВМ, ТВМ Проточные водоемы Транзитноаккумулятивная Озера и водохранилища суточного регулирования Приток >90 Сутки, недели ТВМ, РВМ II Аккумулятивно-транзитная I Озера и водохранилища недельного регулирования Приток >90 Сток >90 Недели-сезон ТВМ, РВМ, ОВМ Сточные водоемы Озера и водохранилища сезонного регулирования II III Аккумулятивная I Приток >80 Сезоны ОВМ, ТВМ, РВМ Озера и водохранилища многолетнего регулирования >75 Годы ОВМ, ТВМ Озера с очень слабым водообменом >75 Десятилетия ОВМ, ТВМ Многоводный период ОВМ, ТВМ Бессточные водоемы I Пересыхающие озера >50 Испарение 100 II Непересыхающие озера >50 - « - Десятилетия ОВМ, ТВМ III Мировой океан Осадки >90 - « - Около 3 тыс. лет МВМ, ТВМ

Описание водного объекта с помощью гидрологических характеристик: 1) водного режима – уровень воды, скорость течения, расход 2) теплового режима – to. C воды, Теплосодержание объекта 3) ледового режима – срок различных фаз ледового режима (замерзание, ледостав, таяние, вскрытие, очищение от льда) 4) режима наносов – концентрация наносов, расход, фракции 5) формы и размера – длина, ширина, глубина 6) Гидрохимических 7) Гидрофизических – плотность, вязкость 8) Гидробиологических Совокупность гидрологических характеристик данного водного объекта в данном месте и в данный момент времени определяет гидрологическое состояние водного объекта.

Гидрологический режим – совокупность закономерно повторяющихся изменений гидрологического состояния водного объекта. внешнее проявление сложных внутренних процессов в объекте и взаимодействия с другими объектами, атмосферой и литосферой. Изменчивость Временная Пространственная

Россия обладает хорошо развитой речной сетью, которая главными водоразделами делится на четыре основных бассейна : Северного Ледовитого (1), Тихого (2) и Атлантического (3) океанов и внутренний бессточный Арало-Каспийский бассейн (4).

Водоносность рек

Главнейшие реки Земли Река Средний годовой расход, м 3/сек Площадь водосбора, км 2 Амазонка (Юж. Америка) 100 000 7 000 Конго (Африка) 43 000 3 690 000 Ганг (Азия) 38 000 2 000 Янцзы (Азия) 22 000 1 940 000 Брамапутра (Азия) 20 000 935 000 Миссисипи (С. Америка) 19 000 3 275 000 Енисей (Азия) 17 400 2 600 000 Лена (Азия) 15 500 2 420 000 Парана (Юж. Америка) 15 500 2 760 000

Дельта Нила ночью

Бассейн реки – часть суши, включающая данную речную систему и ограниченная водоразделом.

Главные характеристики бассейна реки 1) Географическое положение на континенте 2) Геологическое строение, тектоника, физические и водные свойства подстилающих грунтов, гидрогеологические условия 3) Рельеф (средняя высота бассейна, средний уклон бассейна) 4) Климат 5) Почвенно-растительный покров 6) Степень преобразования бассейна хозяйственной деятельностью

Структура и морфологические характеристики речной сети а – схема речной системы; б – зависимость относительной глубины (h/В) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q 0). I-IX – порядки естественных потоков

Типы рек 1) по размеру (S бассейна) Речной бассейн = водосбор + гидрографическая сеть (река) большие средние малые 2) по условиям протекания равнинные полугорные 3) по источникам питания снеговые дождевые ледниковые подземного питания 4) по водному режиму С весенним половодьем С половодьем в теплую часть года С паводочным режимом

Примеры извилистости рек

Миссисипи образует самую крупную речную систему в Северной Америке. Она медленно течет с севера на юг, многократно изгибается в нижнем течении, образуя широкие меандры и достигая на сегодняшний день 3770 км в длину.

Водный режим - это закономерные изменения как по времени, так и вдоль реки: 1) Стока 2) Скорости течения 3) Уровней воды 4) Уклонов водной поверхности Изменения подразделяют на: Вековые Многолетние Сезонные Кратковременные

Фаза водного режима - характерное состояние водного режима реки, повторяющееся в определенные гидрологические сезоны в связи с изменением условий питания. • Половодье – фаза наибольшей водности, высокого и продолжительного подъема уровня вод. • Паводок – фаза кратковременного интенсивного увеличения расходов и уровней воды. • Межень – фаза малой водности и длительного стояния низкого уровня воды.

Гидрограф реки - это график изменения расхода воды (м 3/с) в данном створе реки в течение года. 1 - снеговое питание реки; 2 - дождевое питание; 3 - грунтовое (подземное) питание.

Речной сток Сток – главный элемент материкового звена глобального круговорота вещества и энергии – количество воды, протекающей через поперечное сечение реки за промежуток времени. Поверхностная часть Речной сток воды Подземная часть Сток льда покровных ледников сток наносов сток раств. в-в сток тепла

Взаимосвязь стока с основными физико-географическими факторами

Характеристики стока 1) 2) Объем стока Q - объем воды, протекающий через поперечное сечение потока в единицу времени (м 3/с). Модуль стока М— количество воды, стекающей с единицы площади в единицу времени (л/(с*км 2) ) 2) Норма стока Qo – средний многолетний расход воды. 3) Слой стока Y – количество воды, стекающее с водосбора за интервал времени и равное толщине слоя, равномерно распределенного по поверхности водосбора (мм). Y (мм) = W (км 3) * 106 / F (км 2)

Пространственное распределение стока на территории России 1) Широтная зональность – снижение стока с севера (300 -400 мм) на юг (5 -20 мм). 2) Уменьшение стока с удалением от источников влаги – снижение стока с запада (200 -300 мм) на восток (50 -100 мм) и возрастание стока в Приморье (400 -600 мм) и на Камчатке (1800 мм). 3) Увеличение стока в горных и предгорных районах – в Карпатах (1000 мм), на Урале (1200 мм), на Кавказе (3000 мм), на Памире и Тянь-Шане (10001500 мм). Средний многолетний слой стока на территории России равен 198 мм.

Водный баланс реки X + Y 1 + W 1 + Z 1 = Y 2 + W 2 + Z 2 + ΔU • X – осадки • Y 1 – поверхностный приток из-за пределов бассейна • W 1 – подземный приток (при несовпадении поверхностного и подземного водоразделов) • Z 1 – конденсация водяного пара • Y 2 – поверхностный отток за пределы бассейна • W 2 - подземный отток (при несовпадении водоразделов) • Z 2 – испарения с поверхности бассейна • ΔU – изменение запасов воды за интервал времени X = Y + Z + ΔU При отсутствии искусственного перераспределения стока!

УРАВНЕНИЕ ВОДНОГО БАЛАНСА При очень длительных периодах X = Y + Z Осадки = сток + испарение 1 = Y/X + Z/X = α + β α = Y/X – коэффициент стока (доля осадков, превратившихся в сток) в условиях избыточного увлажнения α = 0, 4 -0, 6 в условиях пустыни α~0 β = Z/X – коэффициент испарения

Кривые зависимости стока (Y) и испарения (Z) от осадков (X) при некотором значении максимально возможного испарения (Zo)

Гидрологические зоны I - очень влажная зона, II - избыточно влажная, III - переменно влажная, IV - полусухая, V - сухая, VI - горные области.

Географические пояса Субарктический П Р И Р О Д Н Ы Е Умеренный Субтропический Тундры и хвойные редколесья Коэффициент стока 0, 55 Тайга Смешанные постоянно влажные леса 0, 43 Смешанные мелко- и широколиственные леса Смешанные сезонно-влажные леса и кустарники 0, 35 Лесостепи и прерии Редколесья, саванны, прерии 0, 25 Степи 0, 13 Сухие степи, кустарники, редколесья З О Н Ы Полупустыни и пустыни 0, 08 0, 03 Саванны и редколесья (осадки <800 мм) 0, 10 Саванны и редколесья (осадки > 800 мм) 0, 25 Переменно влажные леса 0, 32 Приокеанические влажные леса 0, 43 Влажные экваториальные леса Экваториальный 0, 52 Субэкваториальный Тропический

Расчеты стоков Зависимость стока от климатических условий: Y = 0, 73 (x – 420) – для юго-восточной Европы Y = 0, 94 (x – 430) – для всей средней Европы Y = X * 10 a/x Влияние болот – сокращение стока и максимального расхода воды δ = 1 – β lg (0, 1 f v + 1) δ – коэффициент, учитывающий тип болот и механический состав почвогрунтов f v = S болот / S водосбора Влияние озер (проточных) – δ = 1 / (1 + С*f оз) С – коэффициент, зависящий от слоя весеннего стока f оз – озерность водосбора.

Расчет максимальных расходов воды В соответствии со СНи. П 33 -101 -2003 «Определение расчетных гидрологических характеристик» при отсутствии наблюдений Q = Ko * hp * μ * δ 1 * δ 2 * δ 3 * F / (F + b)n Ko – параметр, определяющий дружность половодья hp – расчетный слой суммарного весеннего стока, мм μ – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока (табличные данные) δ – коэф-т, учитывающий влияние озер на водосборе δ 1 – коэф-т, учитывающий влияние залесенности водосбора δ 2 – коэф-т, учитывающий влияние заболоченности водосбора δ 3 – коэф-т, учитывающий влияние агротехнических мероприятий n и b – табличные параметры

Динамика речного потока Силы, действующие в речном потоке: • Продольная составляющая силы тяжести • Сила трения • Центробежная сила • Кориолисово ускорение При равномерном движении воды устанавливается равновесие: Продольная составляющая силы тяжести Fд 1 = силе трения у дна и берегов Тдно Тогда скорость течения при турбулентном режиме V = C √ g h I / fдно – коэффициент трения, зависит от характера поверхности дна, = g / c 2 I – уклон водной поверхности V = C √ hср I формула Шези hcр - средняя глубина, С – коэффициент Шези (эмпирический) Скорость течения тем выше, чем больше глубина русла и уклон водной поверхности, и меньше шероховатость русла!!!

Режимы течения рек ν 2 ср ------ = Fr g * H число Фруда (Fr) позволяет оценить условия существования бурного или спокойного режима течения: при Fr < 1 — спокойный режим, при Fr > 1 — бурный режим. Равнинные реки – Fr<0, 1 Полугорные реки – Fr 0, 1 -1, 0 Горные реки – Fr>1, 0 • • С увеличением уклона и скорости и уменьшением глубины при данном расходе течение становится более бурным; с уменьшением уклона и скорости и увеличением глубины при данном расходе течение приобретает более спокойный характер.

Устойчивость речного русла - Это степень его противодействия размыву. Зависит от: - Крупности наносов, формирующих дно. - Связанности наносов, слагающих берега. - Закрепляющего влияния растительности и т. д. Коэффициент устойчивости русла К = D / ΔH D – крупность донных наносов ΔH – падение уровня, м/км. Для устойчивых русел К>15 -20 (Ангара, Алдан, Верхняя Кама) Для неустойчивых русел К<1 -2 (реки Средней Азии)

Гидрология озер 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Озера подразделяют на различные типы по: Размеру: *очень большие *средние *малые Степени постоянства: *постоянные *временные Происхождению котловины Характеру водообмена: *сточные *бессточные Структуре водного баланса Термическому режиму Минерализации Условиям питания водных организмов

Классификация озер тектонические сточные ледниковые карстовые пресные озера Происхож дение бессточные моренные старицы соленые Термокарстовые Вулканические

великие озера Северной Америки - Система пресноводных озер на территории США и Канады - ряд крупных и средних водоёмов, соединённых реками и проливами. Площадь около 245, 2 тыс. км², объём воды 22, 7 тыс. км³. пять крупнейших: Верхнее, Гурон, Мичиган, Эри, Онтарио. Озера относятся к бассейну Атлантического океана. На формирование озёрных котловин наибольшее влияние оказали тектонические процессы. Водная масса образовалась при таянии ледника.

Великие озера Европы - Сайма (4400 км 2), Онежское (9890 км 2), Ильмень (1100 км 2), Ладожское (18135 км 2), Псковско-Чудское (3550 км 2). Как и в Америке, некоторые звенья системы находятся в области кристаллического щита (Сайма, части Ладожского и Онежского), некоторые — в области платформы

Причины, влияющие на размещение озер • Геологическое строение и рельеф местности(разломы, котловины), • Климатические условия ( Кувл. >1), • Особенности залегания грунтовых вод.

Морфология озера Основными элементами озера являются: - Котловина. - Ложе (чаша), заполненное водой. Строение котловины - Береговой уступ - Побережье = ЛИТОРАЛЬ - Береговая отмель - Подводный откос = СУБЛИТОРАЛЬ - Глубоководная часть озера = ПЕЛАГИАЛЬ - Дно озера = ПРОФУНДАЛЬ

Схема озерной котловины

Основные морфометрические характеристики озера 1) 2) 3) 4) 5) 6) Площадь озера F озера= S поверхности = S зеркала Объем воды V озера Длина береговой линии L озера, проведенная по урезу воды Длина озера L озера, проведенная между наиболее удаленными точками Ширина озера B озера Глубина h озера Все характеристики зависят от высоты стояния уровня воды

Батиграфическая кривая - Это зависимость Sозера, Vозера, hозера от изменения глубины – кривая площадей. Кривые площадей и объемов Онежского озера:

Гидрологическая структура озера - это сочетание водных масс – отдельных объемов воды с достаточно однородными физическими, химическими и биологическими свойствами. I- первичные – поступают с речным стоком. II – основные – формируются в водоемах. Основное свойство – ОДНОРОДНОСТЬ. Зона смешения - гидрологический фронт. Верхний слой - ЭПИЛИМНИОН Слой температурного скачка – МЕТАЛИМНИОН Слой более холодной воды - ГИПОЛИМНИОН

Водный баланс озера X + Y + W + Zконд = Y + W + Zисп + ΔU ΔU > 0 – уровень поднимается, объем воды в озере увеличивается ΔU < 0 – уровень понижается, объем воды в озере уменьшается УРОВЕНЬ РАВНОВЕСИЯ – ПРИХОД = РАСХОД Удельный водосбор Φ = S водосбора / S озера Коэффициент стока α = Y / X КЛАССИФИКАЦИЯ ОЗЕР 1) 2) По соотношению приходной части уравнения: Приточные Нейтральные Дождевые По соотношению расходной части стоковые испаряющиеся

Уравнение водного баланса Азовского моря (основной объем стока - реки Дон и Кубань) за период до зарегулирования речного стока (1951 г. ) и после него произошли изменения: Речной сток в море сократился в среднем на 5, 7 км 3/год, приток черноморских вод увеличился на 1, 5 км 3, сток азовских вод в Черное море на 1, 9 км 3, но в целом водный баланс изменился мало. До зарегулирования стока он был слабо положительным, после зарегулирования - слабо отрицательным 31, 7+16, 1+7, 36+0, 4= 31, 3+52, 85+1, 5+0, 1

Тепловой режим озер 1) Прямая температурная стратификация – с повышением t от дна к поверхности 2) Обратная температурная стратификация – с понижением t от дна к поверхности 3) Гомотермия – равномерное распределение t по глубине. Термическая стратификация озер: 1) Полярные (холодные) - в течение всего года t< 4 o. C и преобладание обратной стратификации 2) Тропические (теплые) - в течение всего года t> 4 o. C и преобладание прямой стратификации 3) Смешанные – с переменной стратификацией - летом: t> 4 o. C и прямая стр. ; зимой: t< 4 o. C и обратная стр. . 4 сезона : Весеннее нагревание (гомотермия) осеннее охлаждение (гомотермия) Летнее нагревание (прямая стр. ) Зимнее охлаждение (обратная стр. )

Ежегодный цикл температуры и изменение стратификации воды в типичном глубоководном озере умеренного климата

Внешний водообмен и водный режим Коэффициент условного водообмена отражает роль поступления или оттока воды в обновлении вод в озере: К 'в = Yпр/ V озера К "в = Y стока/ V озера 1 / Кв = период условного водообновления (лет) Водный режим озера – закономерное изменение: • • Уровня воды Площади Объема вод Характеристик течений и волнения Водный режим + изменения гидрохимических, гидробиологических и др. характеристик ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОЗЕРА

Влияние озер на окружающую среду Изменяют микроклимат, охлаждая и увлажняя воздух на побережье, Способствуют поднятию уровня грунтовых вод, Превращаются в болота, в которых происходит накапливание торфа, Влияют на рельеф: разрушают берега, способствуют накоплению осадочного материала( ила, песка, глины).

Гидрология болот Классификация болот Заболоченные земли Торфяные болота низинные переходные верховые Уровень грунтовых вод Деятельный слой Инертный слой

Виды болот

Водохранилища Классификация: 1) По морфологическому строению ложа: *долинные *котловинные 2) По способу заполнения водой: * запрудные *наливные 3) По географическому положению: *горные *предгорные *равнинные Плюсы: - Возможность регулирования речного стока - Обеспечение нужд гидроэнергетики *приморские Минусы: - потери пойменных земель - переселение людей - экологич. последствия - изменение климатич. условий

Крупнейшими по площади зеркала водохранилищами мира являются: • • озеро Вольта (8482 км²; Гана) Смоллвуд (6527 км²; Канада) Куйбышевское водохранилище (6450 км²; Россия) озеро Кариба (5580 км²; Зимбабве, Замбия) Бухтарминское водохранилище (5490 км²; Казахстан) Братское водохранилище (5426 км²; Россия) озеро Насер (5248 км²; Египет, Судан) Рыбинское водохранилище (4580 км²; Россия)

Характерные уровни и объемы водохранилища

Гидрология Европы

Особенности гидрологического цикла: 1) Атмосферный сток в 3 раза больше речного стока 2) Вклад испарения в осадки <30% слабо развит внутриконтинентальный влагооборот 3) Значительная роль Каспийской области внутреннего стока во влагообороте Структура водного баланса, мм/год Осадки (789) = сток (306) + испарение (470)