Средние высоты снеговой границы по широтным поясам северного полушария 2 страница

Вариант	У, м^3/с	Q, м^3/с	F, км^2	Х, мм	W, м^3	M, л/с ∙ км^2	А, мм	ά (η)	d, мм
	-	0,46			?	?	?	?	-
	0,15	-	?	?	?	-		?	2,2
	-	?			13∙10^6	?	?	?	-
	-	?			?	?		?	-
	-	?			?	?	?	0,31	-
	-	?			?	10,4	?	?	-
	-	?			26∙10^6	?	?	?	-
	-	0,40			?	?	?	?	-
	-	?			?	?		?	-
	?	-			?	-	?	?	2,5
пример	-	0,20			?	?	?	?	-

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

№	Характеристики	Символы и/или формулы	Значения
	Длина озера, м
	Максимальная ширина, м
	Площадь водной поверхности, м^2
	Средняя ширина, м
	Мощность элементарного слоя, м
	Максимальная глубина, м
	Длина береговой линии, м
	Изрезанность береговой линии
	Объем озера, м^3
	Средняя глубина, м

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

Рис. 8. План оз. Песчаного

Таблица 11

Площади и объемы элементарных слоев оз. Песчаного

Глубина, м	Индекс площади, Fi	Площадь, тыс. м^2	Индекс объема, Vi	Объем, тыс. м^3
	F0		V0
	F1
V1
	F2
V2
…	…

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

Глубина, м	Объем, км^3	Площадь, км^2	Средняя глубина, м
0 (поверхность)
…

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

Температура

Месяцы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

воздуха

-15

-12

-4

-2

-9

воды у поверхности

Воды у дна

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

Глубина, м	Температура, ^0С	Вертикальный градиент температур, ^0С/м
На вертикали №1	На вертикали №2	Средняя
…	…	…	…

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

Вариант	Годовой расход наносов (R, кг/с)	Плотность наносов (ρ, кг/м^3)	Доля транзитных наносов от 1 (σ)
			0,45
			0,40
			0,25
			0,38
			0,30
			0,35
			0,20
			0,40
			0,48
			0,45

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.

Дата добавления: 2015-04-30