Средние высоты снеговой границы по широтным поясам северного полушария

2. Нанести на кальку план ледника и снеговую границу в виде пунктирной линии, перпендикулярной отрезку, соединяющему верхнюю и нижнюю точки распространения льда.

3. С помощью миллиметровки или палетки рассчитать общую площадь ледника, площади области питания (выше снеговой границы) и области абляции (ниже снеговой границы).

4. Нанести на план ледника условные знаки и штриховку, отраженную в легенде.

5. Подставив полученные значения в формулу (1), вычислить значение ледникового коэффициента.

6. Определить тип ледника Верхнего.

Задание 2. Используя данные задания 1 и формулу (2), определить скорость движения льда.

Методические указания:

1. Определить среднюю мощность (h) ледника с помощью уравнения h = V: F, где V – суммарный объем ледника (0,075 км³), а F – его общая площадь.

2. Рассчитать уклон (I) поверхности ледника с помощью уравнения

I = (H_max - H_min): L, (3)

где H_max - H_min – разность (м) верхней и нижней высотных отметок ледника, L – расстояние (м) между этими отметками.

3. Подставив в формулу (2) все необходимые параметры, вычислить скорость движения льда.

Задание 3. По карте удельного баланса массы льда (рис. 3) определить гляциодинамическое состояние ледника Марух (Кавказ).

Методические указания:

1. С помощью миллиметровки или палетки рассчитать площади контуров с различным удельным балансом массы льда в области питания и области абляции.

2. Определить средневзвешенные значения массы льда в областях с положительным и отрицательным балансом. Для удобства расчетов заполнить таблицу 3. Вычисление осуществляется путем перемножения площадей контуров на средние значения соответствующих им интервалов с последующим суммированием результатов и делением на общую площадь ледника.

Таблица 3

Данные для расчета гляциодинамического состояния ледника Марух

1- границы ледника, 2 – снеговая граница, 3 – область питания, 4 – область абляции, 5 – высотные отметки, м

Рис. 3. Карта удельного баланса массы льда ледника Марух на Кавказе

3. На основании сравнения средневзвешенных значений масс льда в области питания и области абляции рассчитать дисбаланс и сделать вывод о гляциодинамическом состоянии ледника Марух.

ТЕМА 3. ЗАЛЕГАНИЕ И ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД

Материалы и оборудование:

- Калька (10 х 10 см);

- Миллиметровка (10 х 10 см);

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Грунтовые воды – это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте. Их свободная поверхность называется уровнем или зеркалом грунтовых вод. Расстояние от земной поверхности до уровня (зеркала) грунтовых вод является глубиной залегания грунтовых вод, а расстояние от кровли водоупорного пласта до уровня грунтовых вод – мощностью водоносного горизонта.

Фильтрация – движение по порам и трещинам грунта свободной (гравитационной) воды под действием силы тяжести и гидростатического давления в сторону уклона поверхности водоносного горизонта или в сторону уменьшения напора. При ламинарном режиме скорость движения грунтовых вод записывается в виде закона фильтрации Дарси:

V_ф = K_фI, (4)

где V_ф – скорость фильтрации, К_ф – коэффициент фильтрации, I – гидравлический уклон, равный уклону поверхности уровня грунтовых безнапорных вод. Иными словами скорость фильтрации – это отношение расхода фильтрационного потока Q_ф к площади поперечного сечения в пористой среде W_п:

V_ф = Q_ф: W_п (5).

Коэффициент фильтрации (м/сут) – величина, выражающая действительную скорость фильтрации в порах и трещинах горных пород при гидравлическом уклоне, равном 1.

Задание 1. По карте землепользования фермерского хозяйства (рис. 4) и данным о глубине залегания грунтовых вод (табл. 4) составить карту гидроизогипс с сечением 1 м; определить направление потока грунтовых вод; уклон потока между скважиной 1 и источником II; выявить связи между грунтовыми водами и рекой; определить глубину залегания грунтовых вод на участке А, выбранном под строительство силосных ям и оценить пригодность выбранного места, если проектная глубина ям 2,5 м.

Методические указания.

1. Сделать на кальке выкопировку карты землепользования фермерского хозяйства (рис. 4).

2. По карте с помощью горизонталей определить абсолютные отметки устья скважин и занести их во второй столбец таблицы 4.

Рис. 4. Карта землепользования фермерского хозяйства

Таблица 4

Данные для построения карты гидроизогипс

3. Зная абсолютную отметку устья каждой скважины и глубину залегания грунтовых вод, определяем вычитанием из первого второго абсолютные отметки положения зеркала грунтовых вод. Полученные значения заносятся в третий столбец таблицы 4.

4. На кальке проставить возле каждой скважины индексы, состоящие из: числитель – абсолютная отметка зеркала грунтовых вод, знаменатель – глубина залегания грунтовых вод.

5. По данным числителя, применяя метод интерполяции, построить гидроизогипсы, выделив их синим цветом и проставив значения.

6. По значениям и изгибу гидроизогипс определить направление подземного стока, указав его в 2-3 местах стрелками. При этом отметить питают ли грунтовые воды р. Сосновка или воды реки поглощаются в грунт.

7. Определить уклон потока между скважиной 1 и источником II по формуле (3).

8. Определить глубину залегания грунтовых вод на участке А (как разность абсолютных отметок участка и зеркала грунтовых вод) и сделать заключение о пригодности места под силосные ямы.

Задание 2. Рассчитать скорость движения и расход грунтовых вод между скважиной 2 и источником II (рис. 4).

Методические указания.

1. Рассчитать скорость движения грунтовых вод по закону фильтрации Дарси (4), для чего из таблицы 5 выбрать соответствующее варианту значение коэффициента фильтрации, а из рисунка 4 по формуле (3) определить гидравлический уклон между скважиной 2 и источником II.

Таблица 5

Коэффициенты фильтрации некоторых видов грунта

2. Вычислить поперечного сечения подземного потока, имеющего мощность водоносного горизонта равную ¼ глубины залегания зеркала грунтовых вод в скважине 2 и ширину 30 м.

3. Определить расход грунтовых вод, используя формулу (5).

ТЕМА 4. МОРФОЛОГИЯ РУСЛА И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКА

Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (30 х 15 см);

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Морфологические особенности русла реки могут быть охарактеризованы с помощью плана или поперечного профиля. Поперечный профиль реки – это график изменения отметок дна и водной поверхности поперек русла. Сечение русла реки вертикальной плоскостью перпендикулярной направлению течения называется водным сечением потока. Часть площади водного сечения, где наблюдаются скорости течения, является площадью живого сечения (W, м²).

Ширина реки (В, м) – это кратчайшее расстояние между урезами воды на обоих берегах.

Средняя глубина (Н_ср., м) – отношение площади живого сечения к ширине реки:

Н_ср. = W: В. (6)

Смоченный периметр (Р, м) – длина линии дна между урезами воды на поперечном профиле речного русла. Для крупных рек Р≈В.

Гидравлический радиус (R, м) – отношение площади живого сечения к смоченному периметру:

R = W: P. (7)

Распределение скоростей в живом сечении русла можно представить с помощью изотах и эпюр (рис. 5).

Изотахи – линии, соединяющие в живом сечении реки точки с одинаковыми скоростями воды, т.е. это линии равных скоростей.

Эпюры (годографы)– кривые изменения скоростей воды в реке по вертикали, изображенные на плоскости параллельной направлению течения.

Динамическая ось потока (стрежень) – линия, соединяющая по длине потока (в плане) точки отдельных живых сечений с наибольшими скоростями.

Задание 1. По данным таблицы 6 построить профиль водного сечения реки, определить его площадь, ширину реки, смоченный периметр, гидравлический радиус, среднюю и максимальную глубины реки и провести изотахи.

Методические указания.

1. По данным о глубине промерных вертикалей и расстоянию от берега (колонки 2 и 3 таблицы 6) построить на миллиметровке профиль дна, получив, таким образом, водное сечение. Вертикальный и горизонтальный масштаб выбрать самостоятельно в соответствии с форматом миллиметровки и размахом значений в таблице 6. Точки дна соединить прямыми линиями.

2. Определить площадь каждой части водного сечения, заключенной между промерными вертикалями:

W_i = a(h_i + h_i+1): 2,

где а – расстояние между промерными вертикалями; h_i и h_i+1 – глубина соседних промерных вертикалей.

Рис. 5. Изотахи (А) и эпюры (Б) в живом сечении реки

Таблица 6

Ведомость измеренных скоростей течения в живом сечении р. Ока, пост №1, 27.07.1990

3. Определить общую площадь живого сечения реки:

∑W = W_i + W_i+1 + … + W_n.

4. Определить смоченный периметр, измерив его на чертеже с помощью линейки и переведя в метры согласно выбранному горизонтальному масштабу.

5. Используя формулу (7), рассчитать гидравлический радиус.

6. Используя формулу (6), вычислить среднюю глубину реки.

7. Определить максимальную глубину по промерной ведомости (табл. 6).

8. Выделить на каждой промерной вертикали своего варианта точки, соответствующие 0,1Н (от поверхности), 0,2Н, 0,6Н, 0,8Н и 0,1 (от дна). Проставить возле них значения скорости течения (колонки 4-8).

9. Методом интерполяции провести изотахи через каждые 0,05 м/с, начиная с 0,30 м/с. Каждая изотаха должна плавно, не упираясь в дно, выходить на поверхность. В разрывах указать ее значение.

Задание 2. По данным таблицы 6 построить эпюры на промерных вертикалях №2 и №10 (вариант А), №3 и №11 (вариант Б), сравнить их средние скорости и сделать вывод о влиянии на морфологию русла.

Методические указания.

1. При построении эпюр скоростей отложить в вертикальном направлении общую глубину промерной вертикали и отметить на ней точки измерения скоростей. Из этих точек в горизонтальном направлении в соответствии с самостоятельно выбранным масштабом отложить скорости течения, изображенные в виде отрезков. Концы отрезков соединить плавной линией (рис. 5, Б).

2. Для левой и правой эпюры рассчитать средние значения скорости, которые сравнить между собой.

3. На основании сравнения средних скоростей и конфигурации эпюр сделать заключение о причинах различной крутизны правого и левого склонов русла, положении фарватера, соотношении эрозионных и аккумулятивных процессов.

ТЕМА 5. ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА И ЕГО ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (20 х 20 см);

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Для характеристики режима стока рек строится гидрограф – график изменения расходов воды (Q, м³/с) во времени Q = f(t). Это графическое изображение колебаний среднесуточных или среднедекадных расходов воды в течение года или в различные сезоны года. При этом водоносность реки определяется ее питанием. Выделяют снеговое, дождевое, грунтовое и ледниковое питание. На основании различных соотношений разных видов питания строится классификация рек М.И. Львовича. Если один из видов питания дает более 80% годового стока, говорят об исключительном значении данного вида питания. Если на его долю приходится от 50 до 80% - этому виду придается преимущественное значение. Если же ни один вид питания не дает более 50% стока, такое питание называют смешанным. Для ледникового питания диапазоны градаций (50 и 80%) снижены до 50 и 25%.

Задание 1. По данным таблицы 7 построить гидрограф р. Сулы (вариант А), р. Сосновки (вариант Б), расчленить его по видам питания, определить величину снегового, дождевого и грунтового питания и преимущественный тип питания.

Методические указания.

1. По данным таблицы 7 и в соответствии с масштабами построить на миллиметровке график изменения расходов в течение года. На оси ординат отложить значения расхода, на оси абсцисс – месяцы, разделенные на декады.

Рис. 6. Гидрограф реки с весенним половодьем

1 – грунтовое питание, 2 – снеговое питание, 3 – дождевое питание

Таблица 7

Среднедекадные расходы (Q, м³/с) и температура воздуха (t, ⁰С) р. Сула у с. Варва в 1982 г. (А) и р. Сосновка у с. Васильевка в 1983 г. (Б)

Вариант А. Ледостав до 1.03. и с 1.12, ледоход до 10.03, забереги с 1.11.

Вариант Б. Ледостав до 25.03. и с 25.11, ледоход до 10.04, забереги с 1.11.

2. Над графиком изменения расходов построить график ледовых явлений (данные ниже таблицы 7). Периоды ледостава обозначить заштрихованной линией толщиной 3 мм, ледохода – незаштрихованной, заберегов – вертикальной штриховкой.

3. Над графиком ледовых явлений вычертить график температурных изменений в течение года.

4. Расчленить полученный гидрограф на снеговое, дождевое и грунтовое питание. Для этого найти на графике самый высокий пик расхода, приходящийся на снеговое питание (определяется по смене отрицательных температур положительными). Считается, что в этот период грунтовое питание равно 0 (рис. 6). Ближе к лету его доля увеличивается, а количество снеговых вод уменьшается, и к концу мая они иссякают. Поэтому справа и слева от точки с нулевым питанием грунтовых вод провести отрезки к ближайшим впадинам (участки кривой, где падение расхода сменяется его увеличением) на гидрографе. Все пики расходов (кроме самого большого) срезать отрезками, соединяющими соседние впадины кривой. Область графика, расположенная ниже срезающих отрезков, относится к грунтовому питанию. Срезанные пики, находящиеся в диапазоне положительных температур имеют дождевое питание. Остальная часть графика – снеговые воды. Участки графика с различным питанием заштриховать согласно условным знакам легенды.

5. Подсчитать количество см², приходящихся на каждый вид питания. Для удобства полученные результаты занести в таблицу 8.

Таблица 8

Расчет объемов разного вида питания реки

6. Определить «цену» 1 см² в единицах объема (м³). Для этого 1 см вертикального масштаба (например, 10 м³/с) надо умножить на 1 см горизонтального (например, 2 декады, т.е. 20 сут): 1 см² = 10 м³/с · 20 сут · 86400 с = 17,28 · 10⁶ м³.

7. Перемножив данные колонок 2 и 3 таблицы 8, рассчитать объемы стока снегового, дождевого и грунтового питания.

8. Используя классификацию М.И. Львовича, проанализировать процентное соотношение разных видов питания и определить преимущественный тип питания.

ТЕМА 6. ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧНОГО СТОКА

Материалы и оборудование:

- Набор тестовых задач;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Для количественной оценки речного стока применяются следующие характеристики:

Объем стока (W, м³) – количество воды, протекающее в русле реки через данный замыкающий створ, за определенный промежуток времени (за год):

W = TQ, (8)

где T – время, число секунд в году (31,54 · 10⁶ с), Q – средний расход, м³/с.

Норма стока (У, м³/с) – средняя арифметическая величина стока (расхода), вычисленная за длительный (более 50 лет) период. Также она рассчитывается по формуле:

У = AF/T, (9)

где А – слой стока, мм; F – площадь водосбора, км²; T – время, число секунд в году (31,54 · 10⁶ с).

Модуль стока (М, л/с·км²) – количество воды, стекающей с единицы площади (1 км²) за единицу времени (с):

M = Q/F, (10)

где Q – средний расход, м³/с; F – площадь водосбора, км².

Слой стока (А, мм) – слой воды в мм, равномерно распределенный по площади F и стекающий с водосбора за некоторый промежуток времени:

A = W/F, (11)

где W – объем стока, м³; F – площадь водосбора, км².

Коэффициент стока (ά, η, безразм.) – отношение величины (объема или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков, обусловивших возникновение стока:

ά (η) = А/Х, (12)

где А - слой стока, мм; Х – количество осадков, мм. Коэффициент стока изменяется от 0 до 1. Иногда его определяют с помощью эмпирических формул, например:

ά (η) =1- , (13)

где d – средний многолетний дефицит влажности воздуха, мм.

Задание 1. По данным, приведенным в таблице 9, и на основании формул (8-13) рассчитать характеристики речного стока, помеченные вопросительным знаком.

Таблица 9

Тестовые задачи для расчета характеристик речного стока

(индексы характеристик согласно разделу Понятия и определения)

Примечание: «?» - найти, «-» - данные отсутствуют.

Методические указания.

Рассмотреть решение на примере, приведенном в таблице 9.

1. По формуле (8) определить объем стока (W, м³):

W = QT = 0,20 м³/с ∙ 31,54 ∙ 10⁶ с = 6308000 м³ = 6,3 ∙ 10⁶ м³.

2. Зная расход (Q) и площадь водосбора (F), определить из формулы (10) модуль стока (М, л/с ∙ км²), для чего значение расхода переводится из м³/с в л/с:

М = Q/F = 200 л/с: 35 км² = 5,7 л/с ∙ км².

3. Слой стока (А, мм) рассчитать с помощью формулы (11), для чего предварительно объем стока (W = 6,3 ∙ 10⁶ м³) и площадь водосбора (Q = 35 км²) перевести, соответственно, в мм³ и мм²:

А = W/F = 6,3 ∙ 10⁶∙ 10⁹ мм³: 35 ∙ 10¹² мм² = 180 мм.

4. Коэффициент стока (ά (η)) вычислить согласно формуле (12):

ά (η) = А/Х = 180 мм: 250 мм = 0,72.

Таким образом, все искомые величины найдены. Аналогично с применением формул (8-13) решаются все тестовые задачи.

ТЕМА 7. МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЗЕРА

Материалы и оборудование:

- Калька (15 х 15 см);

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Озеро – это естественный водоем с замедленным водообменом.

Длина озера – кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными точками береговой линии, измеренное по поверхности.

Максимальная ширина озера – перпендикуляр к длине озера в наиболее широкой его части.

Средняя ширина – частное от деления площади зеркала озера на его длину.

Максимальная глубина – определяется по журналу промера глубин.

Средняя глубина – частное от деления объема озера на площадь его зеркала.

Длина береговой линии измеряется по нулевой изобате.

Изрезанность береговой линии определяется путем сравнения с длиной окружности круга, равновеликого по площади, согласно формуле:

.

Объем озера (объем котловины), заполненный водой до определенного уровня, - вычисляется как сумма отдельных слоев котловины, заключенных горизонтальными плоскостями, проведенными друг от друга на расстоянии h, где h – мощность элементарного слоя (сечение изобат):

, (14)

где F_i, F_i+1, F_n, F_n+1 – площади, ограниченные изобатами.

С изменением положения уровня воды в озере меняются все морфометрические характеристики. Изменение объема и площади озера в связи с изменением положения уровня (глубины) может быть представлено кривыми площадей (батиграфической кривой), объемов и средних глубин (рис. 7). Батиграфическая кривая показывает, какая площадь поверхности озера соответствует данной высоте стояния уровня или глубине, кривая объемов показывает, какой объем воды находится ниже любого заданного уровня (или глубины).

Задание 1. Используя план оз. Песчаного (рис. 8), определить длину (l, м), среднюю (В_ср., м) и наибольшую (В_max, м) ширину, среднюю (Н_ср., м) и максимальную (Н_max, м) глубину озера, длину (L, м) и изрезанность береговой линии (k), построить кривые площадей и объемов.

Методические указания.

1. Вычертить план оз. Песчаного на кальку.

2. Показать на плане отрезками длину и максимальную ширину и согласно масштабу определить их величины. Эти и другие искомые характеристики с их символами, формулами и значениями для удобства вписать в таблицу 10.

Таблица 10

Морфометрические характеристики озера Песчаного

3. Площадь водной поверхности озера определить с помощью палетки.

4. Аналогично рассчитать значения площадей, оконтуренных нижележащими изобатами для использования их в формуле (14). Полученные значения вписать в колонку 3 таблицы 11. Объемы элементарных слоев озера рассчитываются как полусуммы смежных площадей, умноженных на сечение изобат, а общий объем, как сумма объемов элементарных слоев.

5. Данные таблицы 11 использовать для построения кривых площадей и объемов (рис. 7). Кривые строятся на миллиметровке.

Рис. 7. Кривые площадей и объемов озера Лесного

Таблица 11

Площади и объемы элементарных слоев оз. Песчаного

Задание 2. По данным рисунка 7 построить кривую изменения средних глубин озера Лесного.

Методические указания.

1. Построить на миллиметровке координатную плоскость. На оси абсцисс нанести значения средних глубин, на оси ординат – истинных глубин. Масштаб последней должен совпадать с вертикальным масштабом рис. 7.

2. Снять значения с кривых площадей и объемов от поверхности до дна через каждые 25 м и занести их в таблицу 12 (колонки 2 и 3).

Таблица 12

Данные для построения кривой средних глубин озера Лесного

3. Путем деления объема на площадь рассчитать среднюю глубину для каждой изобаты, кратной 25, включая поверхность. Данные внести в таблицу 12.

4. Полученные величины средней глубины вынести в виде точек на график. Точки соединить плавной кривой.

ТЕМА 8. ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОЗЕР УМЕРЕННОГО ПОЯСА

Материалы и оборудование:

- Калька (15 х 15 см) – 2 шт;

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Годовой термический цикл в озерах умеренного пояса имеет 4 периода:

В начальный период весеннего нагревания наблюдается обратная стратификация слоев воды, т.е. температура от поверхности ко дну повышается. Позже она сменяется весенней гомотермией, когда весь объем воды имеет температуру придонных слоев.

Период летнего нагревания начинается с прямой стратификации (температура уменьшается с глубиной). В этот период наблюдается расслоение на 3 термические зоны:

· Гиполимнион – нижний слой с холодной «весенней» водой;

· Металимнион – слой температурного скачка, где вертикальный градиент температуры может достигать 8-10⁰С на 1 м глубины.

· Эпилимнион – поверхностный, наиболее теплый слой воды.

Период осеннего охлаждения первоначально протекает в условиях прямой стратификации, а в дальнейшем при осенней гомотермии.

Период зимнего охлаждения начинается с момента установления обратной термической стратификации. Охлаждение приводит к замерзанию поверхностных слоев воды.

Термические периоды выделяются по внутригодовым изменениям температуры воздуха, поверхностных и придонных слоев воды (рис. 9).

Рис. 9. Схема внутригодовых изменений температуры воздуха (1) и температуры в поверхностном (2) и придонном (3) слоях глубокого пресноводного озера в умеренных широтах северного полушария

Периоды: А – весеннего нагревания, Б – летнего нагревания, В – осеннего охлаждения, Г – зимнего охлаждения

Задание 1. По данным таблицы 13 построить график внутригодовых температур воздуха, поверхностных и придонных слоев воды оз. Широкого и выделить на нем термические периоды.

Таблица 13

Месячные значения температур воздуха, поверхностных и донных слоев

оз. Широкого

Методические указания.

1. На миллиметровке построить координатную плоскость, нанеся на ось абсцисс температуры, а на ось ординат – месяцы. Масштаб выбрать самостоятельно.

2. Согласно таблице 13 вынести на координатную плоскость точки со значениями температур воздуха, поверхностных и донных слоев воды оз. Широкого, соединив их затем плавными линиями. Линии должны отличаться друг от друга по цвету или толщине.

3. Используя материалы учебника [13, c. 223-228]и лекций, выделить на графике периоды весеннего и летнего нагревания, осеннего и зимнего охлаждения.

4. Охарактеризовать условия в точках, где происходит смена термических периодов.

Задание 2. Используя рисунок 10, построить осредненный график распределения температур по глубине для периода летнего нагревания, выделив на нем эпилимнион, металимнион и гиполимнион.

Рис. 10. Изотермы в водном сечении озера

Методические указания.

1. Перечертить рисунок 10 на кальку.

2. На промерных вертикалях №1 и №2 методом интерполяции определить температуру воды через каждый метр от поверхности до дна. Результаты занести в таблицу 14.

Таблица 14

Алгоритм расчета вертикального градиента температур оз. Глубокого

3. Для каждой строки таблицы рассчитать среднее арифметическое значение температуры (колонка 4).

4. По данным колонки 4 на миллиметровке построить кривую распределения температур по глубине, отложив по вертикали глубину, а по горизонтали – температуры.

5. Вычислить вертикальный градиент температур на каждый метр глубины. Для этого определить разницу между средними температурами на глубинах, отличающихся на 1 м (колонка 5).

6. В колонке 5 найти максимальные величины градиентов, значительно превышающие остальные. Определить к каким глубинам озера они относятся.

7. Верхний и нижний пределы максимальных градиентов, соответствующих металимниону, показать на графике двумя горизонтальными пунктирами. Выделившиеся, таким образом, три термических слоя подписать.

ТЕМА 9. СТРОЕНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩА И ЕГО ЗАИЛЕНИЕ

Материалы и оборудование:

- Калька (10 х 10 см);

- Миллиметровка (10 х 10 см);

- Палетка;

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Водохранилище – искусственный водоем, предназначенный для задержания, накопления, хранения и перераспределения речного стока с целью его использования для удовлетворения хозяйственных нужд. Среди географических типов водохранилищ выделяют горные, предгорные, равнинные и приморские, отличающиеся высотой напора – превышением уровней воды в водохранилище и реке ниже плотины. Для приморских водохранилищ напор составляет несколько метров, для равнинных – не более 30 м, для предгорных – до 100 м, для горных – от 100 до 300 м.

В водохранилищах выделяют несколько характерных уровней. НПУ - нормальный подпорный (проектный) уровень, выше которого подъем воды в водохранилище, как правило, не допускается. ФПУ – форсированный подпорный уровень превышает НПУ на 1-2 м и кратковременно допускается в редких случаях при пропуске вод особенно больших половодий и паводков. УМО – уровень мертвого объема, ниже которого сработка вод невозможна. Между ФПУ и НПУ находится резервный объем водохранилища, между НПУ и УМО – полезный объем, а ниже УМО – мертвый объем.

Заиление – процесс отложения в водохранилище мелких (взвешенных) наносов. Время «жизни» водоема определяется периодом заиления его мертвого объема (τ, годы), который вычисляется по формуле:

τ = V_MO/ W_R (1 - σ), (15)

где V_MO – мертвый объем водохранилища (м³), W_R – средний годовой сток наносов (м³), σ – доля стока наносов, проходящая через водохранилище транзитом. Средний годовой сток наносов определяется по формуле:

W_R = RT/ρ, (16)

где R – средний годовой расход наносов в кг/с, Т – количество секунд в году (31,54·10⁶ с), ρ – плотность донных отложений, кг/м³.

Задание 1. Выделить характерные уровни и объемы в пределах проектируемого водохранилища Светлого (рис. 11) и определить период его заиления.

Методические указания.

1. Перечертить рисунок 11 на кальку.

Рис. 11. План водохранилища Светлого

2. Составить продольный разрез водохранилища Светлого по линии «устье реки – отметка 19» с учетом высоты плотины 24 м.

3. Показать на разрезе мертвый, полезный и резервный объемы и разделяющие их уровни, если известно, что УМО находится на глубине 5 м, а ФПУ может превышать НПУ (нулевая изобата) на 2 м.

4. Определить тип водохранилища по величине напора.

5. Вычислить емкость мертвого объема по формуле (14), предварительно рассчитав с помощью палетки площади, оконтуренные изобатами 5, 10 и 15 м.

6. Используя данные таблицы 15 (колонки 2 и 3) и формулу (16), вычислить годовой сток наносов, попадающих в водохранилище Светлое.

Таблица 15

Данные для расчета периода заиления водохранилища

7. Используя данные пунктов 5 и 6, таблицы 15 (колонка 4) и формулу (15), определить время заиления водохранилища Светлого.

8. Сделать вывод о целесообразности строительства водохранилища, если минимальный срок его эксплуатации без очистки котловины должен составить 10 лет.

ТЕМА 10. БОЛОТА И ИХ ВОДНЫЙ БАЛАНС

Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Болото (торфяник) – избыточно увлажненный участок земли с застойным водным режимом, имеющий слой торфа толщиной не менее 30 см и покрытый специфической растительностью. Избыточно увлажненные земельные площади со слоем торфа толщиной от 0 до 30 см называют болотными массивами (заболоченными землями).

Коэффициент заболоченности – отношение площади болота (F_бол.) к общей площади территории (F_общ.)в пределах выделенного района:

(15).

Водный баланс болота складывается из приходной части, включающей атмосферные осадки (Х, мм), приток поверхностных (У, мм) и подземных (грунтовых) вод (W, мм), и из расходной части, включающей испарение (Z, мм), поверхностный (у, мм) и подземный (w, мм) отток. В течение года в болоте может происходить накопление воды или ее сработка (± ∆). Общее уравнение водного баланса болота выглядит:

Х + У + W = Z + у + w ± ∆.

Для верхового болота члены У и W (болото питается лишь атмосферными осадками) равны нулю.

Задание 1. По материалам первичного обследования торфяной залежи (рис. 12) составить картосхему равных мощностей торфа, выделить территории собственно болот и заболоченных земель, рассчитать коэффициент заболоченности участка.

Методические указания.

1. Начертить рисунок 12 на миллиметровку.

2. По данным о мощности торфяной залежи методом интерполяции построить изопахиты (линии равной мощности отложений) с сечением 10 см.

3. Выделить согласно определениям, приведенным выше, участки болота (торфяника) и заболоченных земель, заштриховав их на миллиметровке в соответствии с легендой.

4. Рассчитать площадь торфяника и коэффициент заболоченности (15) для данного фрагмента картосхемы.

Задание 2. По графику внутригодового изменения осадков, испарения и стока (рис. 13) определить составляющие водного баланса верхового болота и составить диаграмму соотношения прихода и расхода влаги в течение года.

Методические указания.

1. Снять данные об осадках, испарении и стоке с рисунка 13 и занести в таблицу 16.

2. Определить разность приходной и расходной частей водного баланса болота (последняя строка табл. 16).

3. На миллиметровке составить диаграмму внутригодового изменения баланса. Для этого создать координатную плоскость в виде перевернутой буквы Т, где на оси ординат разместить месяцы, а на оси абсцисс слева отрицательную, справа – положительную области значений ± ∆, мм.

Рис. 12. План предварительного обследования торфяной залежи

1 – мощность (см) торфа, 2 – изопахиты (см), 3 – собственно болото, 4 – заболоченные земли, 5 – осушенные участки

Рис. 13. Внутригодовое распределение осадков, испарения и стока

Таблица 16

Данные об осадках (Х), испарении (Z) и общем стоке (Y) для расчета водного баланса верхового болота

Примечание: «+» - приход, «-» - расход.

4. Определить в какие месяцы происходит наиболее активное восполнение запасов воды в болоте.

ТЕМА 11. МИРОВОЙ ОКЕАН И ЕГО ЧАСТИ

Материалы и оборудование:

- Географический атлас

- Простой карандаш, ластик, линейка;

- Калькулятор.

Понятия и определения.

Мировым океаном называется непрерывная водная оболочка земного шара, над которой выступают элементы суши – материки и острова и которая обладает единством, т.е. взаимосвязанностью частей и общностью солевого состава.

Часть Мирового океана, расположенная между материками, обладающая большими размерами, самостоятельной системой циркуляции вод и атмосферы, существенными особенностями гидрологического режима, называется океаном.

В океане выделяют моря, проливы и заливы. Море – это сравнительно небольшая часть океана, вдающаяся в сушу или обособленная от других его частей берегами материков, полуостровов и островов. Моря по классификации Ю.М. Шокальского бывают внутренние (межматериковые, внутриматериковые), окраинные и межостровные.

Внутренние моря имеют затрудненную связь с океаном через сравнительно узкие проливы. Окраинные моря отделяются от океана островами или вдаются в материк и имеют относительно свободную связь с океаном. Межостровные моря расположены среди крупных островов или архипелагов.

Задание 1. По материалам таблицы 17составить в тетради две круговые диаграммы структуры Мирового океана по площади и объему.

Таблица 17

Основные морфометрические характеристики Мирового океана

(по данным картометрической лаборатории ЛГУ, 1970)

Методические указания.

1. Перевести площадные и объемные показатели из абсолютных единиц в проценты.

2. Построить круговые диаграммы произвольного радиуса и отложить на них сектора, соответствующие процентному составу каждого океана. Следует помнить, что 100% площади или объема на диаграмме соответствуют 360⁰ или 1% - 3,6⁰.

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

Задание 2. Составить столбчатую диаграмму, отражающую состав внутренних, окраинных и межостровных морей в пределах каждого океана.

Методические указания.

1. Пользуясь Географическим атласом (карты и приложения), определить количество внутренних, окраинных и межостровных морей. Каждый тип перевести в проценты.

2. Построить координатную плоскость, где на оси ординат отложить значения процентов, а на оси абсцисс 4 столбика, соответствующих 4 океанам.

Поиск по сайту: