В Г Клименко - Загальна гідрологія - страница 6

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 

До гідрогеологічних факторів відносять гідродинамічні та гідрогеологічні умови, які в значній мірі обумовлюють хімічний склад поверхневих і особливо підземних вод.

3.    До складу фізико-хімічних факторів формування складу природних вод відносять хімічні властивості елементів, розчинність солей, луговокислотні, окисно-відновлювальні умови, дифузію, змішування вод, катіонний обмін, тем­пературу, тиск та ін.

4.    Вплив біологічних факторів обумовлюється діяльністю рослин та мік­роорганізмів. Вони зумовлюють, з одного боку, біогенну метаморфізацію при­родних вод, а з іншого - збагачуються у деяких випадках мікрокомпонентами. Рослинність впливає на характер ґрунтових реакцій. Так, хвойні ліси сприяють збільшенню кислотності через кислі властивості їхніх органічних решток, трав'яниста рослинність, навпаки, сприяє нагромадженню лугів у ґрунтових ро­зчинах. Водні рослини змінюють газовий та хімічний склад водойм. Унаслідок життєдіяльності рослин водойми збагачуються органічною речовиною.

Мікроорганізми у водоймах розкладають залишки відмерлих рослин і тваринних організмів. Цей процес може закінчуватись повним розпадом орга­нічних речовин з утворенням простих мінеральних сполук (СО2, Н2О та інших). Така життєдіяльність мікроорганізмів має дуже серйозне значення для природ­ного очищення вод.

Крім того, мікроорганізми вилучають із води різні хімічні елементи (N, P, С, Ca, K, мікроелементи).

5.    Штучні фактори - це різноманітна людська діяльність, як на водозбо­рах, так і безпосередньо в руслах річок. За характером впливу вони поділяються на хімічні та фізичні. Хімічний вплив - це надходження до водних об'єктів ре­човин із стічними водами, з атмосфери, а також із джерел, що викликають зміну природного хімічного складу вод.

Фізичний вплив - це зміна фізичних параметрів (температури, Eh тощо). Ці впливи називають антропогенним забрудненням.

Унаслідок антропогенного впливу в природні води можуть надходити як іони, утворені за аналогією, що входять до складу незабруднених вод (хлориди, сульфати, натрій та ін.), так і компоненти, які в природних водах не зустріча­ються (пестициди СПАР, деякі важкі метали).3.1.2. Класифікація природних вод

 

Широке коливання вмісту мінеральних і органічних речовин ускладнює класифікацію природних вод. В основу класифікації природних вод покладені результати гідрохімічного аналізу та величини мінералізації.

Мінералізація природної води - сумарний уміст у воді розчинених со­лей в одному літрі води. Такий уміст виражають у вигляді суми іонів у мілігра­мах на 1 л (дм ) води, у грамах на 1 кг, у %о.

Відомий геохімік В.Вернадський за величиною мінералізації поділив природні води на такі групи:

-              прісні води з мінералізацією до 1г/дм3;

-              солоні води з мінералізацією від 1 до 50 г/дм ;

-              розсоли з мінералізацією до 50 г/дм і більше.

За величиною мінералізації найбільшою популярністю користується кла­сифікація О. Алекіна (табл. 3.3).

Таблиця 3.3


Класифікація природних вод за величиною мінералізації

Ступінь мінералізації

Вміст солей, г/дм

Прісні

до 1

Солонуваті

1-25

Солоні (морської солоності)

25-50

Розсоли

понад 50

У гідрохімічній класифікації О. Алекін поділяє природні води за домі­нуючим аніоном на 3 класи: гідрокарбонатні (HCO3~) й карбонатні (CO3~); су­льфатні (SO4 ~) та хлоридні (СГ).

Кожен клас поділяється за домінуючим катіоном на три групи: кальцієву, магнієву і натрієву, а кожна група - на чотири типи води. Кожний тип води ви­значається співвідношенням між іонами в еквівалентних концентраціях.

Перший тип характеризується співвідношенням

HCO3- > Ca2+ + Mg2+Формування цього типу води відбувається внаслідок хімічного вивітрю­вання вивержених порід або за умов іонного обміну в ґрунтово-підґрунтовій товщі Са2+ і Mg2+ на Na+. Цим водам властива невисока мінералізація. Другий тип має таке співвідношення:

HCO3- < Ca2+ + Mg2+ < HCO3- + SO42-. Генетично склад цих вод пов'язаний з осадовими породами і продуктами вивітрювання корінних порід. Такі води характерні для річок, озер і підґрунто­вих горизонтів і мають невисоку і помірну мінералізацію. Третій тип має таке співвідношення:

HCO3- + SO42- < Ca2+ + Mg2+ або CI- > Na+. Склад таких вод є продуктом процесів метаморфізації. Цей тип властивий водам морів, океанів, солоних озер з підвищеною і високою мінералізацією. Четвертий тип має таке співвідношення:

HCO3- = 0.

Це співвідношення властиве кислим болотним, вулканічним і шахтним водам. Величина рН для цих вод не перевищує 5.

Жорсткість природної води зумовлюється вмістом у ній кальцію та маг­нію. Залежно від загальної твердості розрізняють воду: дуже м'яку - до 1,5 мг-екв/л; м'яку - 1,5 -3,0 мг-екв/л; помірно-тверду - 3-6 мг-екв/л; тверду - 7-9 мг-екв/л; дуже тверду - понад 9 мг-екв/л.

 

3.2. Фізичні властивості води

 

Вода в природі може бути в трьох агрегатних станах (або фазах) - твер­дому (лід), рідинному (вода), газоподібному (водяна пара).

Зміну агрегатного стану речовин називають фазовими переходами, які супроводжуються виділенням або поглинанням енергії, яку називають тепло­тою фазового переходу ("схованою теплотою").

При нормальному атмосферному тиску (760 мм рт.ст., 1,013 105 Па) точ­ки замерзання дистильованої води і кипіння відповідають за шкалою Цельсія 0 і 1000 С.Температура замерзання і кипіння води залежать від її солоності й ат­мосферного тиску. Морська вода замерзає при -1.0-2.0° С, а кипить при темпе­ратурі 100.08-100.64° С (при нормальному тиску). При підвищенні тиску лід плавиться вже не при 0° С, а при від'ємних температурах.

Густина води - головна фізична характеристика будь-якої речовини; це маса однорідної речовини, яка знаходиться в одиниці її об'єму:

р = — (кг/м ) и

Густина залежить від температури, солоності й тиску (а для природних вод ще і від умісту розчинних зважених речовин) і стрибкоподібно змінюється під час фазових переходів.Хімічно чиста вода найбільшу густину має при температурі 4°С . Вона приймається за  одиницю).Під час підвищення температури густина зменшу­ється. Ця закономірність порушується під час плавлення льоду і нагрівання во­°

ди в діапазоні від 0 до 4 С. Тут відзначаються дві важливі "аномалії" води: 1) густина льоду (при температурі 0°С дорівнює 916,7 кг/м ), менша, ніж гус­тина води; 2) у діапазоні температури води від 0 до 40С р з підвищенням темпе­ратури не зменшується, а збільшується. Ці дві аномалії мають велике значення: лід легший за воду і тому "плаває" на її поверхні, водойми не промерзають до дна, бо при охолодженні до 40С вода стає більш густою і опускається на дно, а при подальшому охолодженні верхні шари її стають менш густими і залягають на поверхні.

Густина снігу змінюється від 80-140 кг/м свіжовипавшого до 600-700

33

кг/м мокрого в кінці танення. Свіжий сніг має густину 80-140 кг/м , до початку

33

танення снігу -140-300 кг/м , на початку танення 240-350 кг/м , в кінці танення -

33

300-450 кг/м . Щільний мокрий сніг має густину до 600-700 кг/м , лавинний

сніг - 500-650 кг/м3.

Унаслідок густинної аномалії у прісних і солонуватих водних об'єктах узимку температура води в придонних шарах завжди вища, ніж на поверхні. Саме завдяки цьому у водоймах і водотоках на глибині зберігається життя.

При замерзанні і перетворення води на лід унаслідок зменшення густини об'єм води збільшується (на 10% початкового об'єму) із великою силою, чим і пояснюється процес руйнування (морозного вивітрювання) гірських порід.

Густина води залежить від умісту розчинних речовин і збільшується з ро­стом солоності. Збільшення солоності призводить до зниження температури найбільшої густини. Так, при солоності 5%о температура найбільшої густини становить 2.9°С, при солоності 35%о - (-3.4°С).

Деякий вплив на густину має також і тиск. Установлено, що на кожні 1000 м глибини густина води, внаслідок впливу тиску стовпа води, збільшу­ється на 4.5-4.9 кг/м .

До важливих особливостей змін агрегатного стану води відносять великі затрати тепла на плавлення, випаровування, сублімацію і велике виділення теп­ла у зворотних переходах. Для води характерні деякі аномальні особливості те­плових властивостей. Так,  аномально висока її питома теплоємність (кіль­о

кість теплоти необхідної для нагрівання одиниці маси води на 1 , визначається

°                                                  ° 0

у Дж(/кг- С)). При температурі 15 С вона дорівнює 4190Дж (/кг С). Унаслідок великої теплоємності вода нагрівається й теплоємність чистого льоду майже вдвічі менша теплоємності води, а чистого сухого снігу (із густиною 280 кг/м ) в 7,1 рази менша теплоємності води, але в 450 разів більша за теплоємність по­вітря. Охолоджується повільніше, ніж повітря (табл. 3.3).
До важливих особливостей змін агрегатного стану води відносять великі затрати тепла на плавлення, випаровування, сублімацію і велике виділення теп­ла у зворотних переходах. В порівнянні з іншими речовинами питома теплота плавлення льоду і питома теплота пароутворення аномально великі.

Питома теплота плавлення льоду Ьпл - кількість теплоти, необхідної для перетворення одиниці маси льоду у воду при температурі плавлення і нормаль­ному атмосферному тиску, дорівнює 330 000 Дж/кг. Стільки ж теплоти виділя­ється при замерзанні води.

Питома теплота пароутворення (випаровування) води, Ьвип - кількість теплоти, необхідної для перетворення одиниці маси води у пару (у Дж/кг) і за­лежить від температури: Ьвип = 2,5-106 - 2,4-103Т.

При 00 і 1000 С Ьвип відповідає 2,5 106 і 2,26 106 Дж/кг. Стільки ж те­плоти виділяється при конденсації водяної пари.

Питома вага випаровування льоду складається з питомої теплоти плав­лення Ьпл і питомої теплоти випаровування LB

вип

Ltttt + Lt,

Дуже висока теплота плавлення (замерзання) і випаровування, а також велика теплоємність води мають великий регулюючий вплив на теплові проце­си не тільки у водних об'єктах, а й на всій планеті. При нагріванні земної пове­рхні значна кількість теплоти витрачається на танення льоду, нагрівання і ви­паровування води і тому нагрівання земної поверхні уповільнюється. При цьо­му достатньо згадати, що на нагрівання води теплоти витрачається у 5 разів більше, ніж на нагрівання сухого ґрунту, тепломісткість всього лише триметро­вого шару океану дорівнює тепломісткості всієї атмосфери. І навпаки, у процесі охолодження земної поверхні при конденсації водяної пари та замерзання води виділяється значна кількість теплоти, яка стримує процес охолодження.

З інших теплових властивостей важливе значення має теплопровідність -передача енергії від частин із більшою енергією до частин із меншою енергією. Молекулярна теплопровідність чистої води 0,6 Вт/(м0С), льоду 2,24 Вт/(м0С), снігу 1,8Вт/(м0С). Меншу теплопровідність має тільки повітря.У зв'язку з низькою теплопровідністю, водні маси у водних об'єктах на­гріваються в основному внаслідок перемішування води, яке виникає при різній густині або під дією вітру. Завдяки малій теплопровідності льодовий покрив, що утворився на поверхні водойм і водотоків, послаблює подальше охолоджен­ня води, а наростання його товщини уповільнюється.

Мала теплопровідність води сприяє її поступовому нагріванню й охоло­дженню.

Поверхневий натяг води у порівнянні з іншими рідинами великий, із під­вищенням температури дещо зменшується. З усіх рідин більш високий поверх­невий натяг має тільки рідка ртуть. Коефіцієнт поверхневого натягу води змі­нюється від 75,5 10-3 Н/м при 00 С до 57,110-3 Н/м при 1000 С.

Поверхневий натяг сприяє розмиванню ґрунтів, відіграє роль і в проце­сах хвильоутворення на поверхні води, обміну теплом і речовиною між водою та атмосферою. На величину поверхневого натягу нерідко дуже впливає забру­днення води, особливо нафтова плівка.

В'язкість води, або внутрішнє тертя - властивість води чинити опір при переміщенні однієї частини її щодо іншої. В'язкість води невелика і характери­зується кінематичним коефіцієнтом в'язкості, який для води при температурі 00 С дорівнює 1,7810-6 м2/с, а при температурі 500С - 0,55-10-6 м2/с.

Капілярність відіграє велику роль у багатьох процесах, які проходять на Землі. Вона обумовлює рух по порах і змочує ґрунти, які лежать значно вище рівня ґрунтових вод, забезпечуючи коріння рослин розчиненими у воді пожив­ними речовинами.

Оптичні властивості води. Світло проникає у воду на невелику глибину. Так, у чистій воді на глибині 1 м інтенсивність світла становить лише 90 % ін­тенсивності світла на поверхні, на глибині 2 м - 81 %, на глибині 3 м - 73 %, а на глибині 100 м зберігається лише біля 1 % інтенсивності світла на поверхні.

Акустичні властивості води. Вода - добрий провідник звуку. Швидкість поширення звуку у воді становить 1400-1600 м/с, тобто в 4-5 разів більша від швидкості поширення звуку у повітрі. Швидкість звуку у воді збільшується з підвищенням температури (приблизно на 3-3,5 м/с на 1 0С), збільшенням соло­ності (приблизно на 1,0 - 1,3 м/с на 1 %о) і зростанням тиску (приблизно на 1,5 -1,8 м/с на 100 м глибини).

Електропровідність води. Хімічно чиста вода - поганий провідник електричного струму. Питома теплопровідність такої води при температурі 18°С дорівнює 3,810"6 (Омм)-4. Електропровідність води трохи збільшується з підвищенням температури і значно зростає зі збільшенням солоності.

 

Контрольні запитання:

1.   Які основні хімічні властивості води?

2.   Що таке головні іони?

3.   Що таке біогенні речовини?

4.   Що таке органічні речовини?

5.   Що таке розчинні гази?

6.   Що таке мікроелементи?Які речовини можна віднести до забруднюючих?

7.   Яку знаєте класифікацію природних вод?

8.   Дайте визначення мінералізації води.

 

10.   Дайте визначення жорсткості води.

11.   Які основні фізичні властивості води?

 

11.   Якими чинниками визначається густина води?

12.   Яких властивостей набуває вода залежно від:

а)  солоності?

б)  температури?

в)  зовнішнього тиску?

13.   Які властивості води вважають за аномальні?

 

Список рекомендованої літератури:

1.         Авакян А. Б., Широков В. М. Комплексное использование и охрана во-
дных ресурсов. - Минск, 1990.

2. Алекин О. А. Основы гидрохимии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 359 с.
3.Винников С. Д., Проскуряков Б. В. Гидрофизика. - Л.: Гидрометеоиз-

дат, 1988. - 248 с.

4. Загальна гідрологія. Підручник / Левківський С. С., Хільчевський В. К., Ободовський О. Г. та ін. - К.: Фітосоціоцентр, 2000. - 264 с.

5.Зенин А. А., Белоусова Н. В. Гидрохимический словарь. - Л.: Гидроме-теоиздат, 1988. - 239 с.

6. Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. - Л.: Гидрометеоиз-

дат, 1974. - 636 с.

7. Самарина В. С. Гидрохимия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 359 с.

 

 

Блок 4. ГІДРОЛОГІЯ РІЧОК

 

Річка - це водотік значних розмірів, що живиться атмосферними опада­ми свого водозбору та має чітко виявлене русло. До річок зазвичай відносять лише водотоки з площею басейну не менше 50 км . Водотоки меншого розміру називають струмками.

Річки, як правило, це - постійні водотоки, заповнені водою протягом ро­ку. Але зустрічаються річки, котрі можуть пересихати або перемерзати на про­тязі не тривалого часу. Якщо водотік протягом значної частини року пересихає (як, наприклад, сухі долини в пустелях - ваді), то такий водотік річкою не вва­жається. До річок не відносяться і водотоки, що не мають водозбору, як, напри­клад, русла, які утворилися течіями під час припливів або згінно-нагінних явищ у приморських районах чи на островах. Не вважають річками і водотоки зі штучними руслами (канали).

В руслах річок одночасно міститься в середньому 2115 км води, тоді як до океану стікає щороку 47 000 км . Найбільшу площу басейну має Амазонка, а найбільшу довжину - Ніл; Амазонка також найбільша водоносна річка світу. Найбільші річки знаходяться в Південній Америці, Азії, Африці (табл. 4.1).На Україні всього налічується понад 63119 річок, із них довжиною 10 км і більше - 3302. Із сумарної кількості на малі річки (площа водозбору до 2000 км ) припадає 99,9%.

Таблиця 4.1

Найважливіші річки світу та України

 

Річка

Площа

Довжина, км

Середній багаторічний стік

 

басейну, тис. км2

 

води, км3/рік

Зважених на-

 

 

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 


Похожие статьи

В Г Клименко - Загальна гідрологія

В Г Клименко - Формування v студентів знань і вмінь про хімічний склад та оцінку якості поверхневих вод