ВЕДЕНИЕ

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

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

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

Для успешного выполнения лабораторных работ рекомендуется соблюдать следующие требования:

· Задания аккуратно выполняются в отдельной тетради;

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

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

· Таблицы нумеруются и подписываются сверху.

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

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

ТЕМА 1. ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД

Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

- Простой карандаш, ластик, линейка, циркуль;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

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

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

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

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

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

Таблица 1

Данные о химическом составе природных вод

Методические указания.

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

Рис. 1. Графические методы показа химического состава воды

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 3

Данные для построения графика Хелланд-Хансена

Методические указания.

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

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

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

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

ТЕМА 2. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕДНИКОВ

Материалы и оборудование:

- Калька (10 х 10 см);

- Миллиметровка (10 х 10 см);

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Ледник – масса фирна и льда, образовавшаяся путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных осадков и обладающая собственным движением.

Снеговая граница – высотный уровень, выше которого накопление твердых атмосферных осадков преобладает над их таянием и испарением. Выше снеговой границы, где наблюдается положительный баланс снежно-ледовых накоплений, расположена область питания (аккумуляции) ледника, а ниже – где таяние преобладает над аккумуляцией – область абляции (расхода). Если приход снежно-ледовых масс в области питания больше чем их расход в области абляции, ледник наступает; если меньше – отступает; в случае равенства – ледник стабилен. Количественной характеристикой, позволяющей судить о типологии и динамике ледников, является ледниковый коэффициент (К_л), который представляет собой отношение площади области питания ледника (F_п) к площади области абляции (F_а):

К_л = F_п: F_а (1)

У современных долинных ледников значения К_л колеблются от 1 до 2, у каровых – от 0,5 до 1. При положительном балансе льда ледник начинает двигаться. Темп его перемещения оценивается с помощью скорости движения льда (V_л), которая пропорциональна квадрату мощности ледника (h_л) и уклону его поверхности (I_л):

V_л = kh_л²I_л (2)

где k - размерный эмпирический коэффициент, равный для ледников Памира 0,015.

Задание 1. Зная географические координаты ледника, вычислить высотное положение снеговой границы, нанести ее на план, рассчитать площади области питания (F_п), области абляции (F_а) и ледниковый коэффициент (К_л). На основании полученного коэффициента определить тип ледника (долинный, каровый).

Методические указания:

1. Используя данные таблицы 2 определить высоту снеговой границы ледника Верхнего (рис. 2), имеющего координаты 38⁰ с.ш., 72⁰ в.д.

Таблица 2

Поиск по сайту: