Термічний режим річок

.

Контрольні запитання

1. Дайте визначення поняттям «водні ресурси», «водний фонд» і охарактеризуйте їх класифікацію за походженням і місцем розташування.

2. Перелічите основні принципи використання й охорони водних ресурсів.

3. Охарактеризуйте підхід «черговості водо забезпечення» при комплексному використанні водних ресурсів.

4. Дайте визначення поняттю «водокористування» і охарактеризуйте умовність поділу галузей народного господарства на водоспоживачів і водокористувачів.

5. Охарактеризуйте класифікацію водокористування за господарсько-цільовим призначенням та засобом користування.

6. Визначте показники, що характеризують використання води різними галузями господарства.

7. Дайте визначення поняттю «якість води» і охарактеризуйте фактори, що впливають на якість води.

8. Охарактеризуйте якісну оцінку поверхневих і підземних вод за ступенем їх мінералізації.

9. Яким чином регламентуються вимоги до якості вод, а також придатності її для певних видів користування.

10. Охарактеризуйте жорсткий і гнучкий типи водокористування.

Завдання для самопідготовки

Використовуючи літературні джерела, необхідно підготувати доповіді щодо проблем раціонального використання і охорони вод в різних галузях господарства: комунальне господарство; промисловість; енергетика; сільське господарство; рибне господарство; водний транспорт; оздоровлення, туризм і спорт.

Література

1. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справочные материалы [Текст] / Под ред. Т. В. Гусевой. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2007. – 192 с.

2. Запольський А. К. Водопостачання, водовідведення та якість води [Текст] / А. К. Запольський. – К.: Вища школа, 2005. – 671 с.

3. Левківський С. С. Раціональне використання і охорона водних ресурсів [Текст]: підручник / С. С. Левківський, М. М. Падун. – К.: Либідь, 2006. – 280 с.

4. Паламарчук М. М. Водний фонд України [Текст]: довід. посіб. / М. М. Паламарчук, Н. Б. Закорчевна. – К.: Ника-Центр, 2006. – 320 с.

5. Яцык А. В. Экологические основы рационального водоиспользования [Текст] / А. В. Яцык. – Киев: Генеза, 1997. – 640 с.

План лекції (К 2)

1. Термічний режим річок.

2. Зимовий режим річок.

3. Річкові наноси.

4. Гідробіологія річок.

(К 3) Термічний режим річок формується в результаті теплообміну між їхньою водною масою і оточуючим середовищем (атмосферою і літосферою). Теплообмін протікає по-різному при відкритій водній поверхні і при льодоставі: у літній період інтенсивніший теплообмін відбувається з атмосферою, а взимку – з руслом річки. Влітку водна маса віддає тепло руслу річки, взимку, навпаки, потік тепла іде від русла до води.

Співвідношення між елементами теплового балансу змінюються разом зі зміною метеорологічних умов. Тому кожному сезону року властиві певні співвідношення між прибутком і втратою тепла. Навесні і влітку прибуток тепла перевищує його втрату і вода нагрівається. Максимальна температура води буває в липні-серпні (25-34°С), коли встановлюється рівновага між надходженням і витрачанням тепла. Частину тепла в ці сезони вода віддає породам, які складають русло і мають нижчу температуру.

Восени, коли надходження тепла зменшується, води річок та їх русла поступово віддають акумульоване ними тепло в атмосферу.

Через турбулентне перемішування водна маса швидко реагує на зміни метеорологічних умов, і хід температури води майже паралельний ходу температури повітря, хоча спостерігаються й деякі відмінності. Так, у першій половині теплого періоду (особливо під час весняного водопілля) температура води нижче температури повітря, а потім навпаки. Мінімальна температура води буває на початку льодоставу. Під льодовим покривом температура води в річках залишається постійною (близько 0°С).

Весною при підвищенні температури повітря і восени при її зниженні температура води змінюється з деяким відставанням від зміни температури повітря. Максимальна температура води менша від максимальної температури повітря і настає дещо пізніше від неї. Оскільки температура води в річках не буває від’ємною, середня річна температура води в річках значно вища, ніж середня річна температура повітря.

Крім сезонних коливань температури води в річках відбуваються добові зміни, які теж відстають від змін температури повітря. Добовий хід температури води найчіткіше виражений в теплий період, особливо влітку. Мінімальна температура води спостерігається звичайно вранці, максимальна – о 15-17-й годині (максимум температури повітря буває на 1-2 години раніше).

В північних районах добова амплітуда температури води в цей період невелика через меншу тривалість ночі і на великих річках не перевищує 1°С. На південь вона зростає до 2-3°С. В цілому ж на малих річках добові коливання температури води більші, ніж на великих; при ясній погоді амплітуда цих коливань більша, ніж при хмарній.

Температура води змінюється по живому перерізу і по довжині річок. По ширині і глибині річки температура води внаслідок турбулентного перемішування змінюється мало, тобто має місце однорідність в її розподілі. Проте в окремі сезони спостерігаються деякі особливості в розподілі температури води як по ширині, так і по глибині. Зокрема, влітку температура біля берегів, вища, ніж на середині річки, а восени навпаки; на великих річках різниця температури може досягти 3-4°С. Влітку вдень вода на поверхні тепліша, ніж біля дна, а вночі – навпаки; різниця в температурі по глибині може становити 2-3°С.

Іноді значну різницю в температурах води по ширині і глибині річок (до 8-9°С) може обумовлювати приплив поверхневих або підземних вод, які мають іншу температуру.

Зміна температури води по довжині річок обумовлюється зміною джерел живлення, приточності, кліматичних умов природних зон, по яких протікає річка. Так, температура води великих річок, які течуть з півночі на південь, підвищується. Найбільша різниця в температурі води між верхів'ям і пониззям у літньо-осінній період може досягти 9°С (наприклад, на Дніпрі). На річках, які течуть в широтному напрямку, температура води змінюється мало, за винятком верхів'я, де температура поступово підвищується на деякій відстані від витоку. На гірських річках температура води також підвищується вниз за течією.

Температура води річок, які витікають із озер, тісно пов'язана з температурою озерних вод, причому вплив останньої на температуру води в річці поширюється на тим більшу відстань, чим більша водна маса озера. Далі температура води вирівнюється і набуває таких же значень, як в інших річках, що протікають на прилеглих територіях. Часто температура води в річках змінюється нижче впадіння великих приток і нижче водосховищ.

Нерідко температура води в річках помітно підвищується в тих місцях, де в річки скидають підігріті стічні води теплових електростанцій та промислових підприємств.

Разом з водами річок в океани, моря та озера виноситься й тепло. Кількість теплоти, яка переноситься річковими водами за певний інтервал часу, називається тепловим стоком. Його можна розраховувати за формулою:

W_T = C_p ρTW,

де W_T – тепловий стік (Дж) за проміжок часу Δt, C_p – питома теплоємність води, ρ – густина води; Т – середня температура води; W – стік (об’єм) води (м³ ), за той же проміжок часу Δt.

Температура води річок є показником, який впливає на деякі особливості їхнього гідрологічного режиму і можливості господарського використання. Зокрема, з температурою води пов'язані льодові явища, хімічні і біологічні процеси (від температури води залежить, наприклад, розчинність газів, швидкість протікання багатьох хімічних реакцій, життєдіяльність організмів тощо), перенесення завислих наносів потоком (гідравлічна крупність дрібних часток залежить від в'язкості, а остання у свою чергу, від температури води). Температура води визначає, поряд з мінералізацією і хімічним складом розчинених у ній речовин, якість води.

Нарешті, температура води є важливим показником при використанні її в побуті (для пиття, купання) і народному господарстві (зрошення, охолодження установок тощо).

2. Зимовий режим річок. (К 4)

Зимова межень як фаза водного режиму супроводжується, як правило, появою різних льодових утворень. Початком зимової межені вважають дату встановлення стійких від'ємних температур повітря, наслідком чого стає поява на річці льодових утворень, а закінченням зимової межені – дату очищення річки від льоду.

Зміна в часі процесів виникнення, розвитку і руйнування льодових утворень на річках називається льодовим режимом, а сукупність всіх процесів, які протікають у річках протягом періоду з переважанням від'ємних температур повітря, характеризує зимовий режим річки.

За характером зимового режиму всі річки поділяють на три групи: замерзаючі, з нестійким льодоставом і незамерзаючі. Річки рівнинної території України, наприклад, зимою замерзають, а гірські річки є річками з нестійким льодоставом; річки в субтропічних районах практично незамерзаючі.

В льодовому режимі замерзаючих річок виділяють три фази – замерзання, льодостав і скресання. (К 5)

Замерзання річок, як і інших водних об'єктів, розпочинається з появи на них після охолодження поверхні води до 0°С і нижче перших льодових утворень у вигляді сала, заберегів, сніжури, внутрішньоводного і донного льоду, шуги, льодоходу.

(К 6) Сало – льодові утворення у вигляді льодових голок на поверхні води, які при замерзанні нагадують плями захололого жиру сірувато-свинцевего кольору (звідси й назва); можливе також утворення шару суцільного тонкого льоду. На річках України сало з'являється в кінці листопаду – на початку грудня одночасно або пізніше заберегів після охолодження поверхні води до 0°С і нижче.

Забереги – смуги тонкого нерухомого льоду, який утворюється вздовж берегів річок, перед замерзанням їх; забереги бувають первинні, постійні, наносні та залишкові. Первинні забереги виникають у морозні ночі; вдень при підвищенні температури повітря вони можуть танути. В міру зниження температури утворюються постійні за береги, які поступово збільшуються, поки не настане льодостав. Під час осіннього льодоходу лід, що пливе по річці і шуга прибиваються до берегів, примерзають до них і утворюють наносні забереги, звичайно з нерівною поверхнею. Лід, який залишився біля берегів при таненні льодового покриву, утворює залишкові забереги.

На річках України забереги появляються спочатку на північному сході (у другій декаді листопада); а на захід і південь строки їх утворення зміщуються на кінець листопада – початок грудня.

Сніжура (сніжниця) – плаваючий в воді у вигляді кашеподібної маси сніг; утворюється при випаданні значної кількості снігу на охолоджену водну поверхню.

(К 7) На багатьох річках перед початком льодоставу утворюється внутрішньоводний лід – непрозора губчаста льодова маса, що складається з хаотично зрослих між собою кристаликів льоду. Основною умовою утворення внутрішньоводного льоду є переохолодження річкової води і наявність у ній ядер кристалізації (кристаликів льоду, завислих мінеральних часточок тощо).

Внутрішньоводний лід, який утворюється на нерівностях дна річки, називається донним льодом. Звичайно він утворюється на кам’янистих ділянках дна річки при великих швидкостях течії.

Одним із дуже поширених видів льодових утворень на річках, котрі пов’язані з внутрішньоводним і донним льодом, є шуга. Шугою називаються льодові утворення у вигляді накопичень пухкого льоду, який утворюється з внутрішньоводного льоду, що сплив на поверхню, з включенням сніжури, дрібного льоду, заберегів, сала. Звичайно формується в передльодоставний період. Може переміщуватися на поверхні і всередині водного потоку, утворюючи шугохід, або перебувати в нерухомому стані під льодовим покривом (підлідна шуга). Під час льодоставу шуга утворюється тільки на вільних від льодового покриву ділянках.

На гірських річках внутрішньоводний лід і шугохід спостерігаються протягом майже всієї зими. Накопичуючись у руслах річок під льодовим покривом, шуга може спричинитися до зажору. При цьому вище зажору рівень води різко підвищується, вода зламує льодовий покрив і затоплює прилеглі ділянки заплави.

В Україні такі явища часто спостерігаються в басейнах Західного Бугу, Тиси, Серету, у верхів'ях Прута й Дністра.

Льодохід – рух льоду (крижин) на річках. Розрізняють осінній і весняний льодохід. Осінній льодохід являє собою переміщення по річках льоду, що утворився при замерзанні відірваних заберегів, сала, шуги. На великих рівнинних річках льодохід спостерігається щорічно і проходить відносно спокійно; на середніх, а також на гірських річках з малою водністю осінній льодохід буває рідко. На окремих ділянках річок (круті повороти, звуження русла), де пропускна здатність русла не відповідає кількості льоду, що пересувається, він накопичується, внаслідок чого утворюються затори, які спричиняють відносно невелике підняття рівнів води (через малу водність річок у цей період).

Стійкі льодові утворення на річках північного сходу України з’являються в другій-третій декаді листопада, в лісостеповій зоні – в другій половині листопада - на початку грудня і спостерігаються в регіонах протягом 10-25 днів; у степовій зоні такі утворення з’являються наприкінці листопада - на початку грудня і тривають дещо менше10-20 днів. Ранні строки появи льодових утворень випереджають середні приблизно на 2-3 тижні, а пізні – більш як на місяць. Після початкових льодових утворень настає льодостав.

Льодостав – період, протягом якого на річках та інших водних об’єктах стоїть нерухомий льодовий покрив; льодоставом називають також процес утворення суцільного льодового покриву на поверхні річки тощо. На річках України в зоні мішаних лісів льодостав настає наприкінці листопада - в другій декаді грудня, південніше, в степовій зоні – наприкінці грудня. На річках Карпат льодостав утворюється наприкінці грудня - в першій декаді січня, причому він нестійкий, що пояснюється великими швидкостями течії гірських річок, а тому тут не буває суцільного льодового покриву. Тривалість льодоставу на річках Карпат – 50-90 днів, у південних районах – 60-90, в центральних і північних – 90-120, в північно-східних – 120-130 днів. Закінчується льодостав скресанням водних об'єктів. Внаслідок частих відлиг у помірні і, особливо, в теплі зими спостерігається декілька скресань і льодоставів.

Товщина льоду на початку льодоставу звичайно не перевищує 5-10 см; наприкінці лютого - на початку березня збільшується до 30-60 см, а в суворі зими на річках північного сходу України досягає 80-135 см. Мінімальна товщина річкового льоду, за якої допустимий вихід на нього людей – 8 см, причому зимовий лад міцніший від осіннього в 3 рази, а весняного – у 5 разів.

У період льодоставу деякі ділянки річок протягом тривалого періоду, а іноді й протягом усієї зими, не замерзають. Такі ділянки називають ополонками або майнами. Вони бувають динамічного і термічного походження. Ополонки динамічного походження виникають на порожистих ділянках річок, а також нижче гребель гідроелектростанцій. Такі ополонки можуть бути місцями виникнення шуги, накопичення якої нижче ополонки спричиняє утворення зажорів. Ополонки термічного пoxoдження утворюються у місцях виходу підземних вод або при скиданні підігрітих промислових стічних вод і досягають значних розмірів. Ополонки між льодовими полями називають розводинами.

З настанням весни, після переходу температури повітря через 0°С у бік підвищення, починається танення снігу на льоду і берегах річок. Тала снігова вода ослаблює лід. Біля берегів під впливом нагрівання ґрунту стікання талих вод зі схилів, а також підвищення рівня води в річці утворюються прибережні смуги чистої води – закраїни.

Внаслідок притоку в річки талих вод рівні води в них швидко підвищуються, льодовий покрив руйнується, і крига може частково рухатись униз і знову зупинятися – відбувається так зване посування льоду. Таких посувань може бути декілька. Місцями в льодовому покриві з'являються промоїни й проталини. При подальшому руйнуванні ламається на окремі поля і крижини. Пливучі по річці льодові поля та крижини утворюють весняний льодохід, а річки скресають від льоду.

При весняному льодоході, на відміну від осіннього, можливі значні затори льоду (переважно на крутих поворотах, у звуженнях русел, біля гідротехнічних і інших споруд). Це може викликати затоплення прилеглої місцевості і значні деформації берегів.

Інтенсивність льодоходу (густина льоду) оцінюється в балах: на річках – за 10-бальною системою; на водосховищах – за 3-бальною. Тривалість весняного льодоходу в середньому складає 5-10 днів.

На малих річках льодовий покрив часто розтає на місці, і весняного льодоходу не буває.

Скресання водних об'єктів в Україні проходить в різні строки і залежить від кліматичних умов, джерел живлення, будови русел річок, динаміки потоку тощо. В зоні мішаних лісів скресання спостерігається в другій - третій декадах березня, в лісостеповій – у першій - другій декадах березня, в степовій зоні – на початку березня. Річки Карпат скресають наприкінці лютого - на початку березня. Скресання річок або їхніх окремих ділянок взимку можливе і в інших районах країни, воно має, як правило, техногенний характер і спостерігається, наприклад, в теплі зими, біля ГЕС, при скиданні в річки більш теплих стічних вод. Скресання річок весною завершується повним очищенням від льодових утворень.

Дата добавления: 2014-01-04