Формулы скорости течения реки. Понятия «озеро», «морские течения».

Выделяют два гидродинамических режима движения воды: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме частицы воды движутся по параллельным траекториям без перемешивания; при турбулентном режиме их движение имеет хаотический характер, в потоке формируются вихри и активизируются процессы перемешивания воды, скорости течения непрерывно изменяются по величине и направлению. Ламинарный режим может переходить в турбулентный при увеличении скорости течения.

Число Рейнольдса (безразмерное) характеризует гидродинамический режим потока:

Re ≈ vh/υ,

Где Re - число Рейнольдса, v - скорость течения (м/с), h - глубина или толщина слоя воды (м), υ - кинематический коэффициент вязкости, зависящий от характера жидкости и ее температуры.

Критическое значение числа Рейнолъдса Re_кр. соответствующее переходу от ламинарного к турбулентному режиму, лежит приблизительно в диапазоне от 300 до 3000.

Если фактическое число Рейнольдса в водном потоке больше 3000 -режим турбулентный, меньше 300 - ламинарный, в диапазоне Re от 300 до 3000 - переходный.

Число Фруда (безразмерное) используют для определения состояния потока (спокойное или бурное).

Fr = V² /gh,

Где Fr –число Фруда, h - глубина потока, g - ускорение свободного падения. Критическое значение числа Фруда Fr_Kp равно 1. При числе Fr, равном 1, поток находится в критическом состоянии. Если число Фруда больше 1, то поток бурный, если меньше 1 - спокойный. Бурные потоки характерны для горных рек, спокойные - для равнинных рек и течений в водоемах

По формуле Шези считают среднюю скорось потока.

,

где V - средняя скорость течения, h_сp - средняя глубина потока, I - уклон водной поверхности, С - коэффициент Шези, который вычисляют по формуле Маннинга:

С = h^l/6/ n

где n - коэффициент шероховатости речного русла, определяется по специальным таблицам, h - глубина потока.

Согласно формуле Шези, скорость течения в речном потоке тем больше, чем больше глубина русла и уклон водной поверхности, и меньше шероховатость русла.

Сила Кориолиса (Fк) действует на движущийся поток с массой воды – m и направлена перпендикулярно движению в северном полушарии Земли - вправо, а в южном - влево. Она равна

Fk=2mVSinφω

где m – масса воды, V – скорость течения, ω – угловая скорость вращения земли, Sinφ – географическая широта.

Озеро - это естественный водоем суши с замедленным водообменом.

Морские течения - поступательные движения масс воды в морях и океанах, обусловленные: действием силы трения между водой и воздухом или градиентами давления, возникающими в воде или приливообразующими силами Луны и Солнца.

 

Образование, строение, питание и абляция ледников.

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

Снеговая линия – воображаемая линия, выше которой годовое количество осадков в виде снега равно их убыли ниже снеговой линии.

Высота снеговой линии зависит от климата и от рельефа. В полярных областях она занимает наинизшее положение, опускаясь в Антарктике до уровня моря, а в субтропиках - наивысшее, до 6500 м, на экваторе - 4400-4900 м, в Средней Азии - 3000-5000 м.

Часть тропосферы выше снеговой линии называется хионосферой.

Главная причина существования оледенения - климатическая. Происхождение ледников обязано положительным снеговым балансом, то есть преобладанием накопления снега над его расходованием, чему способствует большое количество снега и длительный период отрицательных температур воздуха.

Помимо климатических условий происхождение ледников обусловлено орографическим и геоморфологическим факторами: большие высоты, экспозиция склонов, ориентация горных хребтов по отношению к влагонесущим воздушным потокам.

Образование ледников.

Выпадает снег плотностью 100кг/м³. Он уплотняется, перекристаллизуется, превращается в зернистый снег (300-400 кг/м³), затем превращается в фирн.

Фирн – зернистый лед, представляющий собой конгломерат из зерен льда размером 0,5-5 см плотностью 500-600 кг/м³.

Затем фирн перекристаллизуется и срастется в ледниковый или глетчерный лед плотностью 800-900 кг/м³.

Процессы формирования ледников:

Режеляция – способность кристалликов льда прочно смерзаться друг с другом, заполняя поры и трещины.

Рекристаллизация – преобразование кристаллов льда путем их укрупнения.

Сублимационная перекристаллизация – формирование кристаллов льда из водяных паров.

Конжеляция – повторное замерзание талой воды на поверхности льда.

Строение ледника.

В строении ледника выделяют две зоны – зону питания и абляции (таяния).

Питание и абляция ледника.

Питание ледника осуществляется в основном твердыми атмосферными осадками. Кроме них в питании участвуют дождевые жидкие осадки, метелевый перенос со смежных склонов, лавины, сублимация, то есть переход водяного пара в твердую фазу, "нарастающие осадки", которыми называется иней и изморозь и "наложенный лед", то есть вновь замерзающие талые воды сезонного снега. Выпадающие твердые и жидкие осадки дают около 80% общей аккумуляции.

Абляция является расходом вещества в леднике и представляет собой убыль снега, фирна и льда, обусловленную метеорологическими факторами. Главной составляющей абляции является таяние снега. Кроме того, происходит испарение, сдувание снега ветром. Таяние горных ледников дает 412 км³ воды в год на планете. Отметим, что для покровных ледников, омываемых морями, абляция происходит механическим путем в результате откалывания и образования айсбергов, уплывающих в море.