Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
II. Куруговорот воды и содержащихся в ней веществ
Общий объём воды на зеином шаре 1,39·109 км3. На долю поверхностных вод суши без ледников приходится только 0,01% от общего объёма вод. Пресные воды составляют 2,64%, из них 99% сосредоточено в ледниках и подземных водоносных горизонтах. Доля вод в речной сети очень мала, но он возобновляется в среднем в течение 19 дней, следовательно, объем речной воды, стекающей за год, будет в 19 раз (365:19) больше. Средний период возобновления воды в остальных водных объектах намного больше. Площадь Мирового океана занимает 71% земного шара, поверхностные воды суши - 4%, или 15% площади суши. Наблюдается тенденция уменьшения запасов вод на суше и их увеличения в Мировом океане. За 1890-1990 гг. уровень Мирового океана повысился на 15 см. В глобальном круговороте воды выделяют два звена: - океаническое звено, представляющее собой многократно повторяющийся цикл: испарение с поверхности океана - перенос водяного пара над океаном - осадки на поверхность океана - океанические течения - испарение и т.д.; - материковое звено, представляющее собой многократно повторяющийся цикл: испарение с поверхности суши - перенос водяного пара - осадки на поверхность суши - поверхностный и подземный сток - испарение и т.д. Оба звена связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и поверхностным и подземным стоком с суши в океан. На суше выделяют области внешнего (80% территории) и внутреннего (20%) стока. Сток в океан происходит только с территории первой области. Вторая область включает обширные бессточные территории, встречающиеся на всех материках кроме Антарктиды. В круговороте воды эти территории связаны с остальной частью суши только атмосферным переносом влаги. Осадки на любом участке суши складываются из "внешних" осадков, сконденсировавшихся из водяного пара, принесенного извне, и "внутренних" (или "местных") осадков, сконденсировавшихся из влаги, испарившейся с поверхности данного конкретного участка суши. Этот многократно повторяющийся процесс называется внутри-материковым влагооборотом. Часть выпавших осадков переходит в воды поверхностного и подземного стока. Суммарный сток с заданной территории равен разности между количеством влаги, принесенной на нее по воздуху извне, и унесенный за ее пределы.
С океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км3 воды. Возвращается в океан в виде атмосферных осадков 458 тыс. км3. Остальные 47 тыс. км3 переносятся на сушу в виде пара. На поверхность суши в области внешнего стока выпадает 110 тыс. км3 осадков; из них 47 тыс. км3 за счет влаги принесенной с океана, и 63 тыс. км3 за счет влаги, испаряющейся с суши. В испарении с суши 42% приходится на транспирацию растений. В океан с суши стекает 47 тыс. км3, в том числе 42 тыс. км3 — речной сток, 3 тыс. км3 — сток льда и 2 тыс. км3 - сток подземных вод, не дренируемых реками. На поверхность области внутреннего стока выпадает 9 тыс. км3 осадков и столько же испаряется. Принос влаги извне с воздушными массами равен ее выносу. Отношение всех осадков, выпавших на данную территорию, к влаге, принесенной извне, называется коэффициентом влагооборота (Квл). Чем большее число раз влага, поступившая извне на данную территорию суши в воздушных массах, выпадет на ее поверхность и снова испарится, тем больше будет вклад местных осадков в их общую сумму, и, следовательно, Квл будет выше. Отсюда наибольшие значения Квл свойственны обширным территориям с высокой величиной испарения, что характерно для экваториального пояса. Для всей суши коэффициент влагооборота Квл = 110/47 = 2,34. Для отдельных материков Квл меняется от 1,14 (Австралия) до 1,68 (Южная Америка). Соотношение между различными источниками поступления воды на выделенную поверхность (либо в выделенный объем суши или водного объекта), источниками удаления воды с этой поверхности (из этого объема) и изменением запасов воды на поверхности (в объеме) называется водным балансом выделенной поверхности (объема). Источники поступления (прихода) и удаления (расходования) воды называются составляющими, или элементами водного баланса. Водный баланс может быть составлен для земного шара в целом, для суши, отдельных материков, стран, административных областей и районов, речных бассейнов, отдельных водных объектов и их частей. При составлении водного баланса суши в целом или для отдельных ее участков рассматривают обычно определенный слой литосферы, например, слой от земной поверхности до первого водоупора или до самого нижнего водоносного горизонта, участвующего в круговороте воды.
Водный баланс может определяться за год, отдельные сезоны, фазы водного режима, отдельные сутки в среднем за многолетний период или за отрезки времени конкретных лет. Водный баланс может быть записан в виде уравнения, представляющего частный случай уравнения сохранения вещества. Основные природные составляющие водного баланса: атмосферные осадки, испарение, отток (сток) и приток воды поверхностным и подземным путем, изменение запасов воды в выделенном объеме (или площади). Водный баланс может быть выражен в единицах объема (м3, км3) или в виде толщины слоя воды (в мм), получаемого путем деления объема на площадь рассматриваемой территории. Средний годовой водный баланс Земли в целом и отдельно для Мирового океана и суши приведен в табл. 2.2. Таблица 2.2 Средний годовой водный баланс Земли
Уравнение водного баланса: для всего земного шара х = z, для Мирового океана xок + yр + yл + w = zок для всей суши хс = ур + ул + w + zc, для внешней области стока x'с = yр + yл + w + zc', для области внутреннего стока хс" = z". Здесь х, хок, хс, хс', хс" - соответственно осадки на всю поверхность земного шара, океана, всю сушу, область внешнего и внутреннего стока; z, zок, zc, zc', zс" - аналогичное значение испарения, ур, ул, w - сток в океан соответственно рек, льда, подземных вод. Водный баланс участков суши, с учетом хозяйственной деятельности, кроме указанных составляющих, может включать безвозвратный забор воды из водных объектов, переброску стока из других территорий. Земледелие, вырубка лесов, создание водохранилищ также влияют на соотношение природных составляющих водного баланса. Круговорот наносов. Наносы — это твердые вещества, содержащиеся в водных объектах и переносимые водой во взвешенном или влекомом состоянии. Основной источник поступления наносов в водные объекты — смыв почвы с поверхности водосборов талыми и дождевыми потоками (эрозия) и в меньшей мере размыв дна и берегов водных объектов под действием течения и волн. Реками наносы выносятся в океан. Здесь они дополняются продуктами размыва морских берегов и взмучивания дна волнами на мелководье, а также частицами растительных и животных организмов. Годовой сток взвешенных наносов рек мира 15,7 млрд. т. в год. Сток влекомых наносов рек мира 5-10% общего твердого стока. Круговорот солей. Подземные воды при своем движении растворяют горные породы и являются основными источниками формирования солевого состава рек и водоемов суши. С речными водами в Мировой океан выносится 3,1 млрд. т. солей за год, 1,2 млрд. т. солей поступает в него непосредственно с подземными водами, 0,2 млрд. т. образуется в результате растворения речных взвесей.
С поверхности океана с испаряющимися частицами воды, а также с брызгами ежегодно уходит 5 млрд. т. солей, из которых 4,5 млрд. т. тут же возвращается обратно, а 0,5 млрд. т. уносится на сушу. Таким образом, запас солей в океане ежегодно пополняется на 4 млрд. т., т.е. около одной десятимиллионной доли их общего количества в нем. Круговорот газов. Из газов, участвующих в круговороте веществ в природе, наибольшее значение имеют кислород O2 и диоксид углерода (углекислый газ) СО2.. Важнейший фактор круговорота этих газов - процесс фотосинтеза: 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6O2, в результате которого поглощается СО2., создается органическое вещество (продукция) и выделяется О2. Вследствие жизнедеятельности фитопланктона океана продуцируется 154 млрд. т. в год (примерно столько же, сколько растительностью суши). Расходование О2 происходит в результате биохимического и химического разложения (окисления) органического вещества (деструкция), сопровождающегося выделением СО2. С дождевыми и речными водами в океан поступает 3,6 млрд. т. О2. На окислительные процессы в океане, а также потребление живыми водными организмами расходуется 151 млрд. т. О2.. Избыток в 6,6 млрд. т. океан ежегодно отдает атмосфере. Источниками поступления СО2 в океан кроме процесса разложения органических веществ служат речные и дождевые воды, дыхание водных организмов, извержение подводных вулканов. В океане в высоких широтах СО2 благодаря повышенной растворимости при низких температурах воды поглощается из атмосферы. При перемещении этих вод в низкие широты вследствие повышения температуры воды океан отдает СО2 в атмосферу. Заметным фактором поступления СО2 в атмосферу является хозяйственная деятельность. III. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ К подземным водам как объекту изучения гидрологией относятся воды, содержащиеся в земной коре и активно участвующие в круговороте воды на земном шаре, т.е. взаимодействующие с атмосферой и поверхностными водами. Основной источник формирования подземных вод - атмосферные осадки (тающий снег и дожди), которые поступают в верхний слой грунта в результате инфильтрации (впитывания). При обильном поступлении воды она заполняет все пустоты в грунте. По трещинам, ходам животных, отверстиям от сгнивших корней растений, относительно крупным порам (т.е. промежуткам между частицами грунта) вода перемещается вниз под влиянием силы тяжести - это гравитационная вода. Она достигает водоупорного слоя (чаще всего глинистые отложения), накапливаясь здесь, образует водоносный горизонт, т.е. слой водопроницаемого пласта, насыщенного водой, которая движется по поверхности водоупора в сторону его уклона под влиянием силы тяжести. Там, где отрицательные формы рельефа (речные долины, овраги, озерные котловины) вскрывают водоносный горизонт, подземные воды выходят на поверхность в виде родников или рассредоточенного высачивания на участке склона.
При определенном геологическом строении грунтовые воды до выхода на поверхность перекрываются другим водоупором, затем вторым и.т.д. Воды, перекрытые сверху водоупорными слоями, называются межпластовыми подземными водами. Питание этих вод осуществляется на участках, где соответствующий водоносный горизонт не перекрыт сверху водоупором. Для межпластовых вод характерно возникновение напора, вследствие которого вода при вскрытии водоносного горизонта буровой скважиной или по естественным трещинам поднимается вверх. Уровень, до которого поднимается вода, называется пьезометрическим уровнем. Превышение этого уровня над уровнем воды в водоносном горизонте называется высотой напора. Подъем воды под действием напора может достигать земной поверхности. Особенно это свойственно артезианским водам, приуроченным к геологическим структурам синклинального типа - артезианским бассейнам. Между водоносными горизонтами обычно существует связь вследствие циркуляции воды по трещинам в водоупорах или путем медленного просачивания через них по порам. Подземные воды, приуроченные к водоносным горизонтам, называются пластовыми водами. В горных породах подземные воды чаще перемещаются по системе тещин в породах (трещинные воды), по изолированным трещинам или жилам с повышенной трещиноватостью (жильные воды), по карстовым пустотам (карстовые воды). В зоне распространения многолетнемерзлых пород различают подмерзлотные воды, залегающие под толщей мерзлых пород, межмерзлотные воды внутри мерзлой толщи и надмерзлотные воды, для которых мерзлые породы служат водоупором. Грунтовые и тем более межпластовые воды существуют, как правило, в течение всего года и обеспечивают постоянное питание рек. В зоне распространения многолетнемерзлых пород это относится только к подмерзлотным водам. Отношение объема всех пустот к объему образца грунта называется скважинностью, а объема пор (Vпор) к объему грунта (Vгр) называется пористостью (р): р = Vпор / Vгр Обычно они выражаются в %. Пористость песка в среднем 40%, глины - около 50%. Верхний слой грунта после прекращения таяния снега или дождя постепенно освобождается от гравитационной воды. По возникшим пустотам циркулирует воздух. Слой грунта (верхняя часть которого является почвой) до уровня грунтовых вод называют зоной аэрации. В этой зоне остаются следующие типы вод:
- капиллярная вода, заполняющая поры и находящаяся под влиянием капиллярных сил; в нижней части зоны аэрации вода, поднимаясь по порам над слоем грунтовых вод, образуют зону капиллярного поднятия (капиллярную кайму) толщиной от 0 (гравий, галька) до 6-12 м. (глина); -пленочная вода, образующая тонкую пленку вокруг частиц грунта и сравнительно слабо связанная с ними молекулярными силами; перемещается от мест с большей толщиной пленки к местам с меньшей ее толщиной; - гигроскопическая вода, прочно связанная с частицами грунта молекулярными силами. Способность грунта вмещать и удерживать определенное количество воды называется влагоемкостью грунта. Полная влагоемкость - суммарное содержание в грунте всех видов воды при полном заполнении всех пор, выраженная в процентах от массы образца грунта. Наименьшая (или полевая) влагоемкость - вода, остающаяся в грунте после отекания гравитационной воды (для песков 3-5%, суглинков и глин 12-22%). Влажность грунта — фактическое содержание воды в грунте, выраженное в виде толщины слоя (в мм) или в процентах от массы сухого грунта. Воды зоны аэрации, оставшиеся в порах грунта, постепенно расходуются на испарение, в основном путем транспирации растений. Временные скопления гравитационных вод, в зоне аэрации могут возникать над отдельными линзами водоупорных пород (верховодка) и над относительным водоупо-ром, например, над иллювиальным горизонтом подзолистых почв, водопроницаемость которого значительно меньше вышележащих слоев. Перемещение воды по относительному водоупору в сторону его уклона образует почвенный, или внутрипочвенный сток. Подземные воды могут формироваться в результате инфильтрации в грунт не только атмосферных осадков, но и воды из поверхностных водных объектов. Оба эти вида вод называются инфильтрационными подземными водами. Подземные воды могут формироваться также в следствие конденсации водяного пара в порах грунта. Это конденсационные воды, играющие заметную роль в пустынях. Все перечисленные виды подземных вод являются экзогенными. К эндогенным относятся воды, образующиеся из паров магмы — дегидрационные воды. Глубина распространения межпластовых подземных вод, участвующих в круговороте воды на земле, достигает, как правило, нескольких сотен метров. Глубина залегания грунтовых вод, сильно изменяясь по территории в зависимости от локальных условий в целом, подчинена закону географической зональности, увеличиваясь от долей метра в зоне тундр до десятков метров в степной зоне. Движение подземных вод по порам в зоне насыщения, называемое фильтрацией, как правило, ламинарное. Скорость фильтрации (vф) выражается законом Дарси: vф = Кф·I Здесь I - гидравлический уклон, равный либо уклону поверхности уровня безнапорных вод, либо уклону пьезометрического уровня для напорных вод; Кф - коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации через данный грунт при I = 1 (т.е. вертикально вниз); его размерность м/с или м/сут. Кф для галечника равен 100-200 м/сут., для песка 1-50, для супеси 0,1-0,5, для глины 0,001-0,0001 м/сут. Движение трещинных, жильных и особенно карстовых подземных вод может быть турбулентным. Уравнение водного баланса зоны аэрации в пределах речного бассейна: xинф + zгр = yпочв + Пгр + zз.а. ±∆uз.а. где хинф — поступление воды с поверхности земли (инфильтрация атмосферных осадков), zгр - испарение грунтовых вод, zз.а. - испарение из зоны аэрации, Пгр - питание грунтовых вод из зоны аэрации, ∆ игр — изменение влагозапасов вод зоны аэрации. Уравнение водного баланса грунтовых вод (при отсутствии притока из-за пределов речного бассейна и фильтрации через водоупор): Пгр = yгр + zгр ± ∆uгр где угр— сток грунтовых вод (т.е. разгрузка грунтовых вод на земную поверхность или непосредственно в реки и водоемы), ∆u - изменение запаса (объема) грунтовых вод. Типы водного режима зоны аэрации: 1) промывной — хинф >> zз.а., избыток воды расходуется на Пгр и yпочв; 2) компенсированный - xинф ≈ zз.а.; 3) испарительный (выпотной) - хинф << zз.а., недостаток воды частично возмещается за счет zгр. Типы водного режима грунтовых вод: 1) сезонного (преимущественно весеннего и осеннего) питания; максимальный уровень грунтовых вод весной, меньшее повышение осенью, низкий уровень в конце лета и особенно в конце зимы; наблюдается на большей части территории стран СНГ; 2) кратковременного летнего питания; максимальный уровень в июне — июле (иногда августе-сентябре); наблюдается в зоне многолетней мерзлоты; 3) круглогодичного, преимущественно зимне-весеннего питания; максимальный уровень в феврале-апреле, минимальный - в летне-осеннее время (юг и запад территории бывшего СССР с непромерзаемой зоной аэрации). Типы взаимодействия подземных и поверхностных вод: 1) Двухсторонняя гидравлическая связь. При низком уровне воды в реке уровень грунтовых вод находится выше, река получает грунтовое питание. При высоком уровне воды в реке уровень грунтовых вод оказывается ниже. Происходит инфильтрация речной воды в грунт. Этот тип характерен для средних и крупных равнинных рек. 2) Односторонняя гидравлическая связь. Уровень воды в реке постоянно выше уровня грунтовых вод. В течение всего года речная вода питает грунтовые воды. Характерно для некоторых засушливых, а также карстовых районов. 3) Отсутствие гидравлической связи. Водоупор расположен выше максимального уровня воды в реке. Происходит постоянное питание реки грунтовыми водами, разгружающимися на склонах долины в виде ключей или рассредоточенного высачивания. Наиболее характерно для горных районов. IV. ГИДРОЛОГИЯ РЕК Река - это водоток, имеющий течение в продолжении большей части года, получающий питание со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло, сформированное самим водотоком. Родник, дающий начало реки, или выход речного потока из озера, болота, ледника — исток реки; место (створ) впадения реки в другую реку или приемный водоем (море, озеро) — устье реки.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 663; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.144.103.10 (0.036 с.) |