Введення
Станводних об'єктів описується сукупністю різних характеристик. У їх числовходять: рівень, витрата, каламутність, мінералізація, біомаса, температура води іінші характеристики в даний момент часу. Закономірно повторюютьсязміни цих характеристик визначають гідрологічний режим водного об'єкта.Однією з важливих характеристик стану і режиму водного об'єкта єтемпература води, яка визначає тепловий стан і термічний режимводних об'єктів. Термічний режим річок - це закономірні повторювані змінитеплового стану водотоків. Вивчення теплового стану і термічногорежиму має велике значення для вирішення ряду наукових і практичних завдань.
Метоюдипломної роботи є вивчення закономірностей мінливості температуриводи по глибині, ширині і довжині річок, оцінка ефективності теоретичнихспіввідношень у відношенні відтворення фактичних розподілів температуриводи. Для її досягнення були поставлені кілька завдань:
1) Виведення рівняння для аналітичного опису епюри температури води;
2) Вивчення неоднорідності температури води по глибині річок;
3) Аналіз розподілу температури води по ширині річок;
4) Вивчення закономірностей зміни теплового стану водноїмаси по довжині річок;
5) Оцінка ефективності використання рівняння теплового балансурічки для розрахунку поздовжнього зміни температури води в річках;
Для вирішенняпоставлених завдань використані дані спостережень автора за температурою води р..Оки у д. Трегубова. Також були використані матеріали спеціальних спостереженьавтора на р. Протва в районі гирла Ісьми в липні 2008 року. Крім того буливикористані опубліковані дані спостережень за вертикальним розподіломтемператури води на гирловому ділянці р.. Нева.
Длявивчення поздовжньої мінливості температури води були використані даніекспедиції Інституту історії природознавства і техніки РАН про температуру води р..Сухона на ділянці від с. Шуйський до м. Великий Устюг, а також метеорологічнідані з сайту www.rp5.ru.
Роботаскладається з 6 розділів. Перші три глави - загальні, присвячені масштабамипросторової та часової мінливості температури води і доцільностіїх поєднань, факторам формування термічного режиму річок і механізмамвпливу цих факторів на температуру води на ділянці річки. У третьому розділіотримані рівняння, що описують розподіл температури води по глибині іширині потоку. Четверта глава присвячена аналізу натурних даних про вертикальноїмінливості температури води, їх типізації та порівнянні даних вимірювань зтеоретичними висновками. У п'ятому розділі проводиться аналіз даних спостережень зарозподілом поверхневої температури води поперек потоку і порівняннятеоретичних результатів з натурними даними. Шоста глава присвячена оцінкамиможливості розрахунку температури води по довжині р. Сухона в залежності відприпливу тепла до кордону В«річка-атмосфераВ» без урахування впливу грунтових вод ітеплообміну з грунтами, а також внутрішніх джерел тепла.
Авторвдячний за допомогу в отриманні даних А.А. Попрядухіну, С.А. Смирнову,А.М. Алабяну і С.М. Осколкова. Автор дуже вдячний Н.Л. Фроловоїза консультації і надання даних експедиції ІІЕТ РАН по обстеженню р. Сухони.
1. Масштаби просторової і тимчасовоїмінливості температури води
Станводних об'єктів у кожний момент часу описується сукупністю різниххарактеристик (Михайлов, Добровольський, Добролюбов, 2007). У їх число входитьрівень, витрата, каламутність, мінералізація, біопродуктивність, температура води іінші характеристики. Закономірно повторюються їх зміни визначаютьгідрологічний режим водного об'єкта. Одним з важливих параметрів стану ірежиму водного об'єкта є температура води. Вона характеризує багатоособливості існування водних об'єктів на суші.
Змінатемператури річкових вод впливає і на температуру морських вод. Це особливо важливодля великих сибірських річок, регулювання стоку деяких з них привело доістотної зміни температури річкових вод і теплового стоку в Карське море(ОДРів, 1983). Від температури води залежить розчинність газів, швидкістьбагатьох хімічних реакцій, життєдіяльність організмів, що має великезначення для оцінки процесів денудації, формування хімічного складурічкових вод, розвитку водних екосистем та зміни інтенсивності самоочищенняводних об'єктів. Режим температури в чому визначає активність біоти: припереході температури води через 10 0 С восени розвиток водноїрослинності припиняється і починається її відмирання. Навесні на малих ісередніх річках при нагріванні води до температур вище 10 0 С починаєтьсяактивний розвиток водної рослинності. В залежності від температури водиформуються фази льодового режиму річок, змінюється тривалість, товщинальоду, дати замерзання і розкриття й інші особливості льодового режиму річок.
Як іінші гідрофізичні характеристики водних об'єктів, температура Оё володіє просторовоїмінливістю, тобто,
Оё = Оё ( x , y , z ), ( 1.1)
де х , у , z - просторові координати. Сукупність значень скалярноюхарактеристики Оё утворює стаціонарне поле, яке описується функцією (1.1).
Якщовикористовувати модель простору Ейнштейна, то можна говорити про стаціонарнечотиривимірному температурному полі, де четвертої змінною є час t . Це дозволяє більш повнохарактеризувати теплові особливості водних об'єктів. Однак у гідрологічноїлітературі зазвичай використовується інший підхід для характеристики змінитемператури уздовж тимчасової осі. Для цього вводиться поняття теплового стануі термічного режиму. Тепловий стан водного об'єкта описується йоготемпературним полем при t = const (в даний момент часу). Термічний режим річок це закономірнізміни теплового стану водотоків в часі (Михайлов, Добровольський,Добролюбов, 2007).
У коженмомент часу температуру води в даній точці водного об'єкта можнапредставити співвідношенням
, (1.2)
де - пульсаційнийкомпонента, - середня місцеватемпература.
Періодосреднения температури води може змінюватися в широких межах: секунда,хвилина, година, доба, декада, місяць, рік, кілька років. При виборі періодуосреднения керуються завданнями досліджень і технічними можливостямиприладів. Так, час вимірювання температури води ртутним термометром - 5-8 хвилин(Карасьов, Васильєв, Суботіна, 1991). Це пов'язано з інерційністю приладу. Привикористанні більш швидкісних і сучасних приладів, період вимірюваннятемператури може бути зменшений до секунд. Однак у цьому випадку великаймовірність впливу пульсацій температури води на похибки визначення середньоїтемператури води в даній точці потоку. З цієї причини найменший періодосреднения не повинен перевищувати 100 сек. У цьому випадку можна отриматизначення місцевої осередненої температури води вільний від впливу турбулентнихпульсацій. Температура води при такому осреднении, називається осредненноймісцевої температурою у відповідності з рівнянням.
Температураводи, що враховує поглинання сонячної радіації і пульсаційні зміни,відчуває трендові коливання (рис. 1.1). Ці коливання температури водиє частиною термічного режиму водотоків. Залежно від наявності впотоці постійно поновлюваних вихрових збурень, їх послідовногорозпаду на більш дрібні вихори, знаходиться відхилення температури води відсереднього значення. Трендова складова пояснюється наявністю добового ходутемператури води. Оцінку пульсаційної складової можна виконати, побудувавшиграфіки різниці між температурою води і її лінійним трендом. З малюнкавипливає, що її величина відчуває циклічні зміни, які не перевищують 0,45%від середньої температури води.
внутрісуточнихколивання температури визначаються добовим зміною співвідношення міжприбутковими та видатковими складовими теплового балансу в період відкритогорусла. В залежності від сезону величини добових температур різні. В періодльодоставу добові коливання температури води відсутні. В період ...
