ТЕМА 1. Предмет и задачи инженерной гидрологии.
Гидрология– наука о воде. Наука, изучающая взаимосвязи, происходящие между гидросферой, атмосферой и литосферой (земная кора и верхняя мантия).
Гидрология состоит из нескольких разделов:
1.Гидрометиорология (гидрология атмосферы);
2.Гидрология суши;
3.Гидрология океанов и морей (океанология);
4.Лимнология (озероведение);
5.Болотоведение;
6.Гидрогеология;
7.Гляциология.
Синтез этих знаний является теоретической базой для развития отдельных гидрологических дисциплин – гидрологии, инженерной гидрологии, гидрологических прогнозов.
Вся масса земных вод оценивается в 30 млрд.км3. В воде содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Московский ученый П.Д. Новиков приводит таблицу содержания элементов в одном кубокилометре океанской воды:
Элементы | Содержание в тоннах | Стоимость в долларах на 1978 год. |
Рубидий | ||
Литий | ||
Индий | 22,6 | |
Уран | 3,36 | |
Молибден | 4,56 | |
Селен | 11,3 | |
Серебро | 0,24 | |
Золото | 0,0048 |
Многогранная бесценность воды нам известна, но энергетическая ценность воды нам более понятна. Например, потенциальная мощность рек СССР составляет 280 млн.кВт, в США запасы гидроэнергии около 80 млн.кВт., в Канаде 30 млн.кВт., в Норвегии 10 млн.кВт., во Франции 6 млн.кВт., в Италии 8 млн.кВт. К примеру сток Енисея в 2,5 раза больше р.Волга и почти равен стоку всех рек Европейской части страны.
Освоение гидроэнергетических мощностей рек, строительство гидроузлов, их эксплуатация требует глубокого изучения режима рек. Реки приносят воду в озера и уносят её из них; реки питаются за счет болот, а иногда пополняют водные запасы их; испарения с водных поверхностей, конденсируясь на вершинах гор, образуют ледники, а тающие ледники отдают воду рекам. Таким образом работают большой и малый круговороты воды в природе.
Методы исследований режима стока:
1.Гидрометрический метод: исследовательские работы по изучению режима рек с помощью ГМС и ГМП проводятся по специальным методикам наблюдений и расчетам. Данными работами занимается гидрометрия. Систематическим описанием рек и их режима занимается специальный раздел гидрологии, носящий название – гидрография.
2.Метод научных гидрологических обобщений. Материалы систематических многолетних наблюдений со всей территории, получаемые с помощью опорной гидрометсети, региональных воднобалансовых (стоковых) станций, позволяют решить основную задачу инженерной гидрологии- это установление причинных качественных и количественных связей основных гидрологических явлений. Выявляют закономерности формирования и распределения стока по территориям и его изменчивости во времени.
3.Метод лабораторного и математическогомоделирования состоящий из 3-х подвидов.
а) Метод суммарных коэффициентов – анализ основных факторов исследуемых зависимостей;
б) Метод картографической интерполяции;
в) Метод гидрологической аналогии – подбор рек – аналогов.
Характерным свойством гидрологического режима является его неповторяемость . Условно – «дважды в одну воду не войдешь». Процессы формирования речного стока представляют собой многопричинное, сложное, многофакторное природное явление, поэтому его изучение строится на основе глубокого анализа всей среды!
Используя: метод суммарных коэффициентов – он заключается в выделении основных факторов исследуемых зависимостей, с учетом остальных действующих факторов, путем введения суммарных коэффициентов.
Метод картографического изображения и географической интерполяции – который основан на допущении, что все характеристики стока, элементы географического ландшафта плавно изменяются по территории и подчиняются законам географической и вертикальной зональности.
Данный метод в основном и используется в масштабах всей нашей необьятной страны, где протекают 2960 тыс. рек, ручьев и водотоков. Вести гидрометрические наблюдения на всех – просто невозможно. Поэтому расчетные характеристики стока устанавливаются непосредственно по материалам наблюдений, а при отсутствии их косвенными методами. Одним из которых является метод метод гидрологической аналогии – он состоит в подборе опорных бассейнов – аналогов, характеристики стока которых близки или с некоторыми поправочными коэффициентами пересчитываются на неизученный водосбор.
Надежность методов и расчетных параметров зависит от точности инструментальных измерений исходных данных, наличия материалов для наблюдения факторов формирования стока
- C - осадки;
- g - фильтрация воды в почву, характер подстилающей поверхности, почв;
- c - испарение с суши и поверхности водоемов, транспирация;
- рельеф, высота, размеры бассейнов, гидрографическая сеть и гидрогеология водосборов;
- антропогенные влияния человеческой деятельности (водозаборы и т.д.);
- другие.
Учитывая множественность факторов и непредсказуемость их поведения при расчетах используются методы теории вероятностей к гидрологическим расчетам и приемы математической статистики. Таким образом, совокупность теории образования и прохождения стока в пространстве и во времени, разработка методик расчетов гидрологических характеристик для осуществления водохозяйственных и различных инженерных задач – это и есть учение о речном стоке, а предмет – Инженерная гидрология.
Контрольные вопросы:
1. Для чего нужна наука гидрология?
2. Что дает метод картографического изображения?
3. Река аналог – что это?
4. Факторы формирования стока?