Водные ресурсы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

1.1 Охарактеризовать количественно водные ресурсы на Земном шаре, на территории России и конкретно на территории вашего проживания

Водные ресурсы представляют собой весьма важную часть используемых человеком природных ресурсов, к которым также относятся ресурсы земельные, минеральные (в том числе топливно-энергетические и другие полезные ископаемые), растительные (например, лесные), ресурсы животного мира, энергия солнца, ветра, внутри-земная теплота и др.

Водные ресурсы в широком смысле - это все природные воды Земли, представленные водами рек, озер, водохранилищ, болот, ледников, водоносных горизонтов, океанов и морей. Водные ресурсы в более узком смысле - это природные воды, которые используются человеком в настоящее время и могут быть использованы в обозримой перспективе (определение С. Л. Вендрова). Сходная формулировка дана в Водном кодексе Российской Федерации: «водные ресурсы - запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы». В такой трактовке водные ресурсы - категория не только природная, но и социально-историческая.

Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод (это самое узкое понятие водных ресурсов). Ресурсы пресных вод складываются из так называемых статических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов, т. е. стока рек.

Статические (вековые) запасы пресных вод представлены не подверженной заметным ежегодным изменениям частью водных объемов озер, ледников, подземных вод. Измеряют эти запасы в объемных единицах (м3 или км3).

Возобновляемые водные ресурсы - это те воды, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре. Этот вид водных ресурсов измеряют в единицах стока (м3/с, м3/год, км3/год)

Возобновляемые водные ресурсы часто оценивают с помощью уравнения водного баланса. Так, в целом для суши атмосферные осадки, материковый сток и испарение составляют соответственно 119, 47 и 72 тыс. км3 воды в год. Таким образом, в среднем для всей суши из всего объема атмосферных осадков 61 % расходуется на испарение, а 39 % поступает в Мировой океан. Материковый сток и составляет возобновляемые водные ресурсы земного шара. Чаше, однако, возобновляемыми водными ресурсами считают лишь часть материкового стока, представленную стоком рек (41,7 км3 воды в год, или 35% атмосферных осадков на планете). Сток воды рек - действительно ежегодно возобновляемый природный ресурс, который можно (до некоторых пределов, конечно) изымать для хозяйственного использования. В противоположность ему статические (вековые) запасы вод в озерах, ледниках, водоносных горизонтах нельзя изъять на хозяйственные нужды без нанесения ущерба либо рассматриваемому водному объекту, либо связанным с ним рекам.

Водные ресурсы России.

Россия омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океанам, а также внутриматериковому Каспийскому морю. На территории России насчитывается свыше 2,5 млн. больших и малых рек, более 2 млн. озер, сотни тысяч болот и других объектов водного фонда.

В народном хозяйстве страны в количественном отношении потребление воды превышает суммарное использование всех иных природных ресурсов. Это во многом определяется сложившейся структурой производства во многих отраслях промышленности. Одним из важнейших направлений использования водных ресурсов является гидроэнергетика, которая обладает несомненными преимуществами перед иными способами получения электроэнергии (ТЭС, ГРЭС, АЭС). Водные акватории широко используются как транспортные артерии. При этом себестоимость перевозок водным транспортом в среднем на 45% ниже железнодорожных и в 3-5 раз дешевле автомобильных. Большое значение водные ресурсы оказывают на рекреационный потенциал территории. В количественном отношении водные ресурсы слагаются из статических и возобновляемых запасов. Первые считаются неизменными и постоянными в течение длительного времени; возобновляемые водные ресурсы оцениваются объемом годового стока рек.

Таблица Суммарные водные ресурсы России

Водные ресурсы Москвы и Московской области.

Как могут рассказать географы, водные объекты г. Москвы суммарно - это достаточно внушительный по объемам фонд. Самой главной можно назвать одноименную со столицей реку, богатую многочисленными притоками. Вместе с этим регион отличается обилием мелких речек, озер, прудов. Не стоит забывать и о богатстве подземных вод. Как известно из географии и краеведения, на территории столичного региона насчитывается 116 рек, масштабных ручьев. Больше половины из них оформлены коллекторами либо на всем протяжении, либо частично, но 42 протекают совершенно свободно. Включают в себя водные объекты Москвы и Подмосковья также городские водоемы, предназначенные для отстаивания жидкостей пруды и мелкие образования, которые нельзя найти на генеральном плане населенного пункта. Такие небольшие водоемы не имеют какого-либо выраженного функционального предназначения.

Из истории известно, что ранее водные объекты города Москвы были значительно многочисленнее. Благоустройство населенного пункта, активная застройка местности негативно сказались на обилии водных элементов, и в настоящее время мы видим то, что осталось. Экологи бьют тревогу: процессы застройки продолжаются, а меры по защите окружающей среды так и не принимаются. Это касается необходимости сохранения различных природных ресурсов, включая водные. Конечно, заключение в подземные коллекторы - это относительно разумный вариант в сравнении, скажем, с полной сменой русла или осушением водоема, тем не менее на экологии он сказывается негативно. Водное сердце города Самый главный водный объект Москвы - это река, которая с городом именуется одинаково. Гидрографическая сетка населенного пункта богата элементами, но равного Москве-реке просто нет. Свой старт водоем берет вблизи Старково - небольшой деревни на территории Можайского района. Здесь находится болото, из которого и начинается самая важная столичная артерия.

На всем протяжении этого первого из списка водных объектов Москвы происходит встреча с сотней притоков. Наиболее важными и крупными считаются: Сетунь. Истра. Руза.

Водные объекты Москвы разнообразны по своим размерам и значимости для населения. Одноименная со столицей река, безусловно, очень важна именно за счет своих габаритов. Протяженность ее русла - почти полтысячи километров, из которых в городской черте - 75. В пределах московского кольца в глубину водоем варьируется от двух метров до восьми, а в ширину кое-где достигает сотни метров. Впрочем, в низовьях река значительно масштабнее - практически вдвое. Самые глубокие участки Москвы-реки расположены ниже по течению, нежели построен город. В этих местах водоем достигает шести метров. В низовьях расходуемые водные объемы оцениваются в 109 кубических метров ежесуточно. Из всего списка водных объектов Москвы именно одноименная со столицей речка отличается невероятной красотой и роскошью в области Мещеры. Здесь водоем формирует сложную болотистую систему с обилием стариц. Природой создана широкая роскошная пойма.

Водные объекты Москвы включают в себя источники минеральных вод. Среди них есть минерализованные в малой степени - то есть до уровня пяти граммов на литр. Эти воды содержат сульфатные соединения кальция, натрия. Кроме них, представлены рассолы, богатые бромом, хлоридом натрия. Уровень минерализации этих вод достигает 260 г/л, а концентрация брома - до 400 мг/л. Уровень слабой минерализации присущ нижним карбоновым отложениям, залегающим на глубине до 400 метров под уровнем земли. В настоящее время список водных объектов Москвы и Московской области, где можно добывать такие жидкости, социально важен, так как продукт используется в медицинских учреждениях по всему городу, в санаторных, курортных комплексах, оздоровительных профилакториях. Исследования показали, что московские воды по своим параметрам ни в коей степени не хуже известных кавказских источников. Более того, некоторые отдельные параметры даже позволяют говорить о лучшем качестве именно московских минеральных лечебных жидкостей.

Из этой категории водных объектов Москвы необходимо особенно отметить возведенные на базе Клязьмы, Учи, Вязи. Водохранилища созданы не только для накопления и забора питьевой воды, но и для обеспечения качественного судоходства в регионе. Такие объекты преимущественно включены либо в Волжскую систему, либо в Москворецкую. Самое значимое сооружение этой категории - водохранилище, названное Иваньковским. Оно создавалось еще в конце тридцатых годов прошлого столетия. Базируется объект на Волге, а для его создания была построена одноименная плотина. В настоящее время за водоемом прижилось наименование «Московское море». Жидкость отсюда по специально построенному каналу поступает в Икшинское водохранилище, откуда распределяется между Пестовским и возведенным на Уче. Всего водные объекты Москвы из категории водохранилищ - это более тридцати тысяч гектаров. Самое крупное в области расположено на Истре и растянулось на площадь 3 360 га. Несколько меньше Можайское и Озернинское. На Рузе создано хранилище воды площадью 3 270 га, на Уче - 2 100 га, на Клязьме - 1 584 га.

1.2 Описать взаимодействие потока, русла и транспортных сооружений

Совокупность процессов взаимодействия между водным потоком и руслом называют русловым процессом. В каждый момент времени скорость и направление потока воды определяется формой русла; в условиях размываемого русла (если скорости выше размывающих) происходит изменение формы, углубление русла - сечение потока растёт, а скорость падает. В случае, если скорости ниже размывающих, происходит отложение наносов, обмеление русла и рост скорости.

В естественных условиях русловой процесс зависит от расхода воды и его изменения во времени, расхода и крупности наносов, определяется рельефом, структурой и расположением геологических пластов, наличием растительности. Под влиянием хозяйственно деятельности человека русловые процессы меняются - как правило, при постройке транспортных или гидротехнических сооружений живое сечение реки сужается, изменяются глубины на отдельных участках створа, также изменяется шероховатость берегов. В результате этих изменений происходят деформации русла.

При стеснении потока под мостами интенсивность руслового процесса и развитие деформаций зависти от степени такого стеснения. Самыми опасными деформациями следует признать местные размывы у опор моста и регуляционных сооружений, нарушающие их устойчивость. Для предупреждения развития нежелательных деформаций следует изучить естественные русловые процессы реки и предусмотреть минимально возможное стеснение потока и смещение сложившегося русла при строительстве. Это и является основной задачей гидрологических исследований.

При проектировании мостов их отверстия следует назначать, как правило, не меньше ширины русла под мостом, и учитывать возможность смещения русла в пределах отверстия моста и приближение его к устоям. Глубина заложения фундаментов опор должна рассчитываться из максимальных значений бытовой глубины у опоры; а при неблагоприятных условиях следует назначать большей, чем требуется только по условиям размыва.

Для расчёта максимальных глубин местного размыва разработан ряд методик, изложенных в нормативной литературе. Часто для удешевления и убыстрения строительства требуется уменьшить требуемую глубину заложения фундаментов - в этом случае проектируют различные регуляционные сооружения, снижающие интенсивность руслового процесса, а также иногда придают опорам специфические обтекаемые очертания. Метод борьбы с нежелательными деформациями русла выбирается исходя из характеристик слагающих русло грунтов и потока воды. При этом следует учитывать, что ниже моста по течению реки будет образовываться намыв из грунта, выносимого из стеснённого мостом участка русла. Такой намыв вызывает обмеление русла, может угрожать судоходству и негативно воздействовать на экосистему реки.

насос поток русло пресный

1.3 Описать движение наносов и русловые процессы

Речными наносами называют твердые минеральные частицы вне зависимости от размера, переносимые потоком воды и образующие при определённых условиях отложения. Интенсивность образования, переноса и отложения наносов зависит от энергии текущей воды и характера слагающих русло пород. При этом чаще всего размыв наблюдается в верхнем течении рек, а отложение (аккумуляция) - в нижнем течении.

Наносы можно разделить по характеру их перемещения и отложения на донные и взвешенные. Донные наносы - это наиболее крупные частицы, которые перемещаются без отрыва от дна (влекомые) или с отрывом на короткое время (полувзвешенные). Такие наносы являются рельефообразующими и в значительной степени формируют русло потока.

Взвешенные наносы - совокупность наиболее мелких частиц грунта, долгое время находящихся во взвешенном состоянии и перемещающихся со скоростью, близкой к скорости течения. Наибольшая концентрация этих частиц наблюдается в придонном слое. Степень насыщения воды частицами наносов определяется мутностью воды, кг/м3 (концентрацией). Этот показатель зависит от энергии потока и значительно изменяется как по длине реки, так и по ширине и по вертикали.

Зная распределение мутности воды и скорости потока в каком-либо створе, можно определить расход наносов, то есть количество наносов, переносимое потоков в единицу времени; а также транспортирующую способность потока - количество переносимых наносов определённого зернового состава без деформаций дна. Таким образом, транспортирующая способность потока равна максимальному расходу наносов, при котором их осаждение и взвешивание уравновешены, а средняя мутность потока постоянна.

При сравнительно крупных размерах частиц и значительной скорости потока начинается массовое перемещение наносов по дну, при этом образуются так называемые микроформы - несимметричные образования, похожие на рябь на поверхности воды. Они могут быть с короткими криволинейными гребнями (рифели) или с длинными прямыми (плоские гряды). Их образование обусловлено появлением вихревых зон в потоке за случайными неровностями дна, которые вызывают разрежение и появление подъемной силы на поверхности дна. Частицы грунта дна поднимаются и образуют микрогребень, что вызывает дальнейший рост подъёмной силы и развитие неровности, некоторые взвешенные частицы переносятся ниже первичного рифеля и образуют новую неровность. Процесс можно отчётливо наблюдать на песчаной отмели при небольших скоростях течения. При увеличении скорости размеры рифелей растут, вихревые зоны увеличиваются и начинается массовое взвешивание частиц, что приводит к образованию плоских гряд.

При интенсивном развитии гряд образуются мезоформы - неровности, по размерам сравнимые с размерами русла и могущие занимать как его часть, так и всё русло целиком. При падении уровня воды такие отложения могут образовывать полузатопленные или затопленные острова (осерёдки), мели, косы-побочни и т.д. При больших расходах и скоростях течения длины гряд могут достигать порядка ширины русла, а расстояния между ними - нескольких километров.

При бурном потоке со значительной турбулентностью могут формироваться крупные симметричные синусоидальные структуры, находящиеся в фазе с волнами на поверхности потока. При этом частицы с «подветренного» склона вышележащей гряды переносятся на «наветренный» склон нижележащей, и гребни гряд «ползут» вверх по течению. Такие формы называют антидюнами.

Совокупность всех процессов взаимодействия потока и русла называют русловым процессом. В это понятие входит образование и переформирование русла, движение наносов с образованием зон размывов и аккумуляции, смещение русла под действием потока и изменение характеристик потока под действием русла. При любых видах строительства на реках следует тщательно изучить русловой процесс в естественных условиях чтобы избежать нежелательных последствий строительства и предусмотреть мероприятия по их снижению в проектных решениях.

С помощью разработанной в первой половине ХХ века гидроморфологической теории русловых процессов все эти процессы были разделены на несколько типов, и рассмотрена взаимосвязь между ними, а также последствия, к которым приводит то или иное развитие процесса. Для практического применения выведена методика расчёта русловых деформаций, которые будут наблюдаться при том или ином изменении руслоформирующих факторов или режима течения.

2. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2.1 Раскрыть понятие водосбора

Водосбор - это часть земной поверхности, а также толщи почво-грунтов, с которых вода стекает в реку, речную систему или озеро, ограниченных водоразделом поверхностным и подземным. В общем случае поверхностный и подземный водосборы не совпадают.

Бассейн каждого водоёма включает в себя поверхностный и подземный водосборы. Поверхностный водосбор представляет собой участок земной поверхности, с которого поступают воды в данную речную систему или определённую реку. Подземный водосбор образуют толщи рыхлых отложений, из которых вода поступает в речную сеть. В общем случае поверхностный и подземный водосборы не совпадают. Но так как определение границы подземного водосбора практически очень сложно, то за величину речного бассейна принимается только поверхностный водосбор.

Возникающие ошибки в результате условного отождествления размеров бассейна и поверхностного водосбора могут оказаться существенными только для малых рек и озёр, а также для более крупных рек, протекающих в геологических условиях, обеспечивающих хороший водообмен между соседними бассейнами (например, карст). Граница между бассейнами отдельных водоёмов проходит по водоразделам.

Бассейны делятся на сточные и бессточные. Бессточными называются области внутриматерикового стока, лишённого связи через речные бассейны с океаном, формы и размеры бассейнов бывают самые различные и зависят от географического положения, рельефа и геологического строения местности. Притоки рек имеют свои небольшие бассейны, общая совокупность которых составляет площадь бассейна главной реки.

2.2 Каковы характерные отличия половодий от паводков

Половодьем называют ежегодно повторяющийся в одно и то же время период, характеризующийся продолжительным и высоким подъёмом уровня воды в реках или наибольшей водностью (расходами). На равнинных реках половодье возникает в результате весеннего снеготаяния, на горных - летнего таяния ледников; соответственно образуется весеннее или летнее половодье.

Паводок, в отличие от половодья, возникает нерегулярно и характеризуется быстрым и сравнительно недолгим подъёмом уровня в каком-либо фиксированном створе реки и столь же быстрым спадом. Причинами паводка могут быть обильные дожди или интенсивное и кратковременное снеготаяние в период зимней оттепели. При паводке зачастую подъём уровня и увеличение расхода воды превышает уровень и наибольший расход в половодье.

Водный поток, транспортирующий наносы является двухфазным, т.к. он состоит из жидкой и твердой фазы. В зависимости от формы передвижения потоком наносов различают взвешенные и влекомые (или донные) наносы. Взвешенные наносы - это мелкие минеральные частицы, переносимые потоком во взвешенном состоянии. Наносы перемещаемые водным потоком в придонном слое скольжением, перебрасыванием (сальтация) или перекатыванием называют влекомыми наносами. Донные наносы состоят из более крупных частиц, чем взвешенные. Чем больше скорость потока, тем более крупные частицы могут переходить во взвешенное состояние. Твердый сток реки может быть определен в полном объеме только в результате учета всех категорий наносов и растворенных веществ. При гидрометрических измерениях отдельно учитывают расход взвешенных наносов, расход донных наносов и расход растворенных веществ (кг/с).

2.3 Какова массовая и объемная мутность насосов

В зависимости от участия наносов в формировании русел и их элементов различают руслоформирующие и транзитные наносы. На равнинных реках к руслоформирующим относят наносы с размерами частиц крупнее 0,05 мм.

Для оценки степени насыщения потока наносами используют понятие мутность воды. Количество наносов в граммах, содержащееся в воды, называется мутностью, или же мутность это отношение количества наносов (в единицах массы или объемных единицах) к объему смеси воды с наносами.

Если объемный расход двухфазного потока (м3/с)

(1)

где - объемный расход твердой фазы (наносов), м3/с; - объемный расход жидкой фазы (воды), м3/с; и при , тогда объемная относительная мутность выразится отношением. Массовый расход взвешенных наносов, где PН-плотность наносов.

Средняя массовая мутность всего потока

(2)

Кроме расходов и стока наносов и мутности, различают модуль стока наносов - количество наносов в тоннах с 1 за од т/(км2.год).

Водный поток транспортирует наносы различной крупности и формы. В гидрометрии принято подразделять наносы по размеру частиц. За размер частиц принимают ее средний диаметр. Имеется классификация речных наносов по размеру частиц. Кроме классификации наносов по размеру частиц применяют еще деление их по гидравлической крупности.

2.4 Русловая и пойменная многорукавность. Привести примеры по рекам территории места проживания (области)

Русловая многорукавность характеризуется распластанным руслом, по которому в период высоких вод бессистемно перемещаются русловые мезоформы, в разной степени обсыхающие в межень и создающие многорукавный облик русла.

Русловая многорукавность -- это случай, когда река (или другой водоток) столь перегружена наносами, что для их транспорта предельный уклон оказывается недостаточным. Для обеспечения перемещения наносов река вынуждена расширять своё русло, то есть увеличивать фронт перемещения наносов.

Разделение потока на рукава происходит в результате обсыхания незатопленных вершин ленточных гряд, движущихся в распластанном русле не цепочкой, а разбросано по ширине реки.

Основной причиной образования русловых разветвлений является возникновение в русле осерёдков, которые впоследствии покрываются растительностью и иногда превращаются в пойменные острова. Их образование определяется разделением потока на несколько динамических осей, возникающих при значительной распластанности русла, блужданием динамической оси потока, сопровождающейся отторжением побочней от берегов, развитием обсыхающих в межень крупных гряд -- макроформ руслового рельефа посередине русла

Образование осерёдков происходит также вследствие резкого уменьшения уклонов свободной поверхности вдоль потока, повышенного поступления донных наносов, увеличения их крупности и т. д.

Условием превращения осерёдков в острова является обсыхание в межень и появление на их поверхности кустарниковой растительности достаточной густоты, которая, при последующем затоплении во время половодья или паводка, способствует аккумуляции взвешенных наносов -- наилка, который, в свою очередь, благоприятствует дальнейшему развитию растительного покрова.

Иногда причиной образования осерёдка являются затопленные деревья, застрявшая на мели лодка или другой предмет, создающий местное замедленное течение воды.

Пойменная многорукавность -- обобщающее название разных типов разветвлённых русел с разными типами русловых процессов в них. Выделить основное русло среди многочисленных проток часто невозможно. Деформации русла сводятся к развитию спрямляющих протоков, их отмиранию и возобновлению, сопровождающемуся перераспределением расхода воды между рукавами. [4]

Многорукавные реки Москвы: река Москва, река Коршуниха, река Чертановка, река Битца.

2.5 Перечислить характерные уровни воды в реке, используемые при проектировании транспортных сооружений

Таблица Характерные уровни воды, используемые при проектировании мостовых переходов

3. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

По данным табл. построить гистограмму и определить норму стока.

Таблица Многолетний ряд среднегодовых расходов на р. Тартас в створе с. Северное

По данным табл. построить гистограмму и определить норму стока.

Рисунок Гистограмма среднегодовых расходов на р. Тартас

Нормой годового стока называется его среднее значение за многолетний период при неизмененных географических условиях и одинаковом уровне хозяйственной деятельности в бассейне реки, включающий несколько (не менее двух) четных замкнутых циклон колебаний водности.

Норма годового стока, (м3/c) определяется по формуле:

(3.1)

где Q i - среднегодовой сток за каждый i - ый год, м3/с; n - число лет наблюдений.

1. По данным табл. 1 определить обеспеченность каждого члена ряда наблюдений, построить кривую обеспеченности и назначить расход заданной обеспеченности. Определить расход 75% обеспеченности.

Модульные коэффициенты годовых расходов нужно расположить по убыванию и для каждого из них вычислить его фактическую обеспеченность по формуле

Р = (3.2)

где Р - обеспеченность члена ряда, расположенного в порядке убывания;

m - порядковый номер члена ряда;

n - число членов ряда.

Таблица Расчет величин для построения кривой обеспеченности

Расход 75% обеспеченностим3/c

Рисунок Кривая обеспеченности

Используя данные табл. 3, привести ряд внутригодового распределения стока к расходу заданной обеспеченности. Построить гидрограф стока, соответствующий среднегодовому расходу года, указанного в табл. 3, и расходу заданной обеспеченности. Определяем поправочный коэффициент:

=

Приводим ряд внутригодового распределения стока к расходу заданной обеспеченности:

Таблица Внутригодовое распределение стока на р. Тартас 1953 г.

Строим гидрограф стока, соответствующий среднегодовому расходу года и расходу заданной обеспеченности.

Рисунок Гидрограф стока

Список литературы

1. Инженерно-гидрометеорологические изыскания: методические указания к контрольной работе по учебной гидрологической практике для студентов заочной и дистанционной формы обучения, / сост.: Т.П. Троян, О.В. Якименко. - Омск: СибАДИ, 2012. - 16 с.

2. Гидротехнические сооружения Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. -- М.: Агропромиздат, 1985. -- 432 с.

Размещено на Allbest.ur