Книга: Михайлов В. Н., Добролюбов С. А. «Гидрология»

В учебнике изложены основы гидрологии – науки, изучающей природные воды Земли и закономерности процессов в них, протекающих во взаимодействии с атмосферой, литосферой, биосферой и под влиянием хозяйственной деятельности. Рассмотрены основные химические и физические свойства природных вод, физические закономерности гидрологических процессов, круговорот воды на Земле. Описаны особенности гидрологических процессов в водных объектах разных типов – ледниках, подземных водах, реках, озерах, водохранилищах, болотах, океанах и морях. Приведены сведения о водных ресурсах земного шара, материков, России. Большое внимание уделено современным глобальным изменениям климата и гидросферы; приведены и проанализированы новые данные об антропогенных изменениях режима рек, озер, морей; изложены современные проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов. Учебник предназначен для студентов, обучающихся по географическим специальностям. Может использоваться в вузах, готовящих студентов по специальностям «Водный транспорт», «Водное хозяйство», «Гидромелиорация» и др.

Содержание:

Предисловие...... 3 ВВЕДЕНИЕ...... 10 1. РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ...... 10 2. ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ. ПОНЯТИЕО ГИДРОСФЕРЕ...... 12 3. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ИГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ...... 14 4. НАУКИ О ПРИРОДНЫХ ВОДАХ...... 18 5. МЕТОДЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХИССЛЕДОВАНИЙ...... 24 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОДИ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГИДРОЛОГИИ...... 28 7. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ ГИДРОЛОГИИ...... 42 ГЛАВА 1. ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД...... 58 1. 1. ВОДА КАК ВЕЩЕСТВО, ЕЕ МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА И ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ...... 58 1. 2. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ. ВОДА КАК РАСТВОРИТЕЛЬ...... 61 1. 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ...... 67 1. 3. 1. Агрегатные состояния воды и фазовые переходы...... 67 1. 3. 2. Плотность воды...... 73 1. 3. 3. Тепловые свойства воды...... 79 1. 3. 4. Некоторые другие физические свойства воды...... 83 ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ...... 90 2. 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ ФИЗИКИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ...... 90 2. 2. ВОДНЫЙ БАЛАНС...... 94 2. 3. БАЛАНС СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВОДЕ ВЕЩЕСТВ...... 97 2. 4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС...... 98 2. 5. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД...... 100 2. 5. 1. Классификация видов движения воды...... 100 2. 5. 2. Расход, энергия, работа и мощность водных потоков...... 105 2. 5. 3. Силы, действующие в водных объектах...... 106 2. 5. 4. Уравнение движения водного потока...... 111 2. 6. ВЕРТИКАЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ВОД...... 114 ГЛАВА 3. КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ И ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ЗЕМЛИ...... 117 3. 1. ВОДА НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 117 3. 2. СОВРЕМЕННЫЕ И ОЖИДАЕМЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ГИДРОСФЕРЫ ЗЕМЛИ...... 122 3. 2. 1. Изменения климата и гидросферы в ХХ – начале ХХI вв...... 122 3. 2. 2. Ожидаемые изменения климата и гидросферы в ХХI в...... 130 3. 3. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ АТМОСФЕРЫ И ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ И РОЛЬ В НЕМ ПРИРОДНЫХ ВОД...... 137 3. 4. КРУГОВОРОТ ВОДЫ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ И МИРОВОЙ ВОДНЫЙ БАЛАНС...... 143 3. 5. ГЛОБАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВОДЕ ВЕЩЕСТВ...... 153 3. 6. ВЛИЯНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ...... 160 3. 7. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ЗЕМНОГО ШАРА, КОНТИНЕНТОВ И РОССИИ...... 170 ГЛАВА 4. ГИДРОЛОГИЯ ЛЕДНИКОВ...... 184 4. 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛЕДНИКОВ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 185 4. 2. ТИПЫ ЛЕДНИКОВ...... 190 4. 3. ОБРАЗОВАНИЕ И СТРОЕНИЕ ЛЕДНИКОВ...... 192 4. 4. ПИТАНИЕ И АБЛЯЦИЯ ЛЕДНИКОВ, БАЛАНС ЛЬДА И ВОДЫ В ЛЕДНИКАХ...... 197 4. 5. РЕЖИМ И ДВИЖЕНИЕ ЛЕДНИКОВ...... 201 4. 6. РОЛЬ ЛЕДНИКОВ В ПИТАНИИ И РЕЖИМЕ РЕК. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГОРНЫХ ЛЕДНИКОВ...... 209 ГЛАВА 5. ГИДРОЛОГИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД...... 216 5. 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 216 5. 2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ. ВИДЫ ВОДЫ В ПОРАХ ГРУНТОВ...... 218 5. 2. 1. Физические свойства грунтов...... 218 5. 2. 2. Виды воды в порах грунта...... 220 5. 2. 3. Водные свойства грунтов...... 223 5. 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО ХАРАКТЕРУ ЗАЛЕГАНИЯ...... 227 5. 3. 1. Классификации подземных вод...... 227 5. 3. 2. Воды зоны аэрации. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона...... 230 5. 3. 3. Воды зоны насыщения. Грунтовые воды...... 232 5. 3. 4. Артезианские и глубинные воды...... 234 5. 3. 5. Другие типы подземных вод...... 235 5. 4. ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД...... 236 5. 5. ВОДНЫЙ БАЛАНС И РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД...... 241 5. 5. 1. Водный баланс подземных вод...... 241 5. 5. 2. Водный режим зоны аэрации...... 244 5. 5. 3. Режим грунтовых вод...... 244 5. 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД. РОЛЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ПИТАНИИ РЕК. НЕКОТОРЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД...... 251 5. 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ И ОХРАНА ПОДЗЕМНЫХ ВОД...... 257 ГЛАВА 6. ГИДРОЛОГИЯ РЕК...... 262 6. 1. РЕКИ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 265 6. 2. ТИПЫ РЕК...... 268 6. 3. МОРФОЛОГИЯ И МОРФОМЕТРИЯ РЕКИ И ЕЕ БАССЕЙНА...... 271 6. 3. 1. Водосбор и бассейн реки...... 271 6. 3. 2. Морфометрические характеристики бассейна реки...... 273 6. 3. 3. Физико-географические и геологические характеристики бассейна реки...... 274 6. 3. 4. Река и речная сеть...... 276 6. 3. 5. Долина и русло реки...... 279 6. 3. 6. Продольный профиль реки...... 282 6. 4. ПИТАНИЕ РЕК...... 284 6. 4. 1. Виды питания рек...... 284 6. 4. 2. Классификация рек по видам питания...... 289 6. 5. РАСХОДОВАНИЕ ВОДЫ В БАССЕЙНЕ РЕКИ...... 291 6. 6. ВОДНЫЙ БАЛАНС БАССЕЙНА РЕКИ...... 295 6. 6. 1. Уравнение водного баланса бассейна реки...... 295 6. 6. 2. Структура водного баланса бассейна реки...... 299 6. 7. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РЕК...... 300 6. 7. 1. Колебания водности рек и их виды. Источники информации о водном режиме рек...... 300 6. 7. 2. Вековые колебания водности рек...... 303 6. 7. 3. Многолетние колебания водности рек...... 304 6. 7. 4. Внутригодовые (сезонные) колебания водности рек...... 317 6. 7. 5. Кратковременные колебания водности рек...... 320 6. 7. 6. Расчленение гидрографа по видам питания...... 320 6. 7. 7. Классификация рек по водному режиму...... 322 6. 8. РЕЧНОЙ СТОК...... 326 6. 8. 1. Составляющие речного стока...... 326 6. 8. 2. Факторы и количественные характеристики стока воды...... 327 6. 8. 3. Пространственное распределение стока воды на территории России и сопредельных стран...... 332 6. 9. ДВИЖЕНИЕ ВОДЫ В РЕКАХ...... 333 6. 9. 1. Распределение скоростей течения в речном потоке...... 333 6. 9. 2. Динамика речного потока...... 335 6. 9. 3. Закономерности трансформации паводков...... 340 6. 10. ДВИЖЕНИЕ РЕЧНЫХ НАНОСОВ...... 342 6. 10. 1. Происхождение, характеристики и классификация речных наносов...... 342 6. 10. 2. Движение влекомых наносов...... 346 6. 10. 3. Движение взвешенных наносов...... 348 6. 10. 4. Сток наносов...... 349 6. 11. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ...... 357 6. 11. 1. Физические причины и типизация русловых процессов...... 357 6. 11. 2. Микроформы речного русла и их изменения...... 359 6. 11. 3. Мезоформы речного русла и их изменения...... 360 6. 11. 4. Макроформы речного русла и их изменения...... 362 6. 11. 5. Деформации продольного профиля русла...... 364 6. 11. 6. Устойчивость речного русла...... 367 6. 12. ТЕРМИЧЕСКИЙ И ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ РЕК...... 369 6. 12. 1. Тепловой баланс участка реки...... 369 6. 12. 2. Термический режим рек...... 371 6. 12. 3. Ледовые явления...... 374 6. 13. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕК...... 380 6. 13. 1. Гидрохимический режим рек...... 380 6. 13. 2. Гидробиологические особенности рек...... 384 6. 14. УСТЬЯ РЕК...... 385 6. 14. 1. Устьевые области рек как особые географические объекты...... 385 6. 14. 2. Части устья реки и из особенности...... 388 6. 14. 3. Типы устьев рек...... 404 6. 14. 4. Формирование устьев рек...... 405 6. 14. 5. Основные закономерности современных гидрологических процессов в устьях рек...... 411 6. 15. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕК. ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА РЕЖИМ РЕК...... 432 6. 15. 1. Практическое значение рек и типизация хозяйственных мероприятий, влияющих на речной сток...... 432 6. 15. 2. Влияние на речной сток хозяйственной деятельности на поверхности речных бассейнов...... 433 6. 15. 3. Влияние на речной сток хозяйственной деятельности, связанной с непосредственным использованием речных вод...... 440 6. 15. 4. Гидролого-экологические последствия антропогенных изменений стока рек...... 450 ГЛАВА 7. ГИДРОЛОГИЯ ОЗЕР...... 453 7. 1. ОЗЕРА И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 453 7. 2. ТИПЫ ОЗЕР...... 457 7. 3. МОРФОЛОГИЯ И МОРФОМЕТРИЯ ОЗЕР...... 462 7. 4. ВОДНЫЙ БАЛАНС ОЗЕР...... 465 7. 4. 1. Уравнение водного баланса озера...... 465 7. 4. 2. Структура водного баланса озера...... 467 7. 4. 3. Водообмен в озере...... 471 7. 5. КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ОЗЕРАХ...... 471 7. 6. ТЕЧЕНИЯ, ВОЛНЕНИЕ И ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ВОДЫ В ОЗЕРАХ...... 478 7. 7. ТЕРМИЧЕСКИЙ И ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ ОЗЕР...... 483 7. 7. 1. Тепловой баланс озер...... 483 7. 7. 2. Термическая классификация озер...... 484 7. 7. 3. Термический режим озер в условиях умеренного климата...... 486 7. 7. 4. Ледовые явления на озерах...... 495 7. 8. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ, ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ ОЗЕР...... 497 7. 8. 1. Гидрохимические характеристики озер...... 497 7. 8. 2. Гидробиологические характеристики озер...... 501 7. 8. 3. Наносы и донные отложения в озерах...... 503 7. 9. ВОДНЫЕ МАССЫ ОЗЕР...... 504 7. 10. ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА КАСПИЙСКОГО И АРАЛЬСКОГО МОРЕЙ...... 508 7. 10. 1. Проблемы, связанные с судьбой Каспийского и Аральского морей...... 508 7. 10. 2. Каспийское море...... 511 7. 10. 3. Аральское море...... 519 7. 11. ОСОБЕННОСТИ ПОДЛЕДНИКОВОГО ОЗЕРА ВОСТОК В АНТАРКТИДЕ...... 532 7. 12. ВЛИЯНИЕ ОЗЕР НА РЕЧНОЙ СТОК. ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОЗЕР...... 535 ГЛАВА 8. ГИДРОЛОГИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 538 8. 1. НАЗНАЧЕНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ И ИХ РАЗМЕЩЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 539 8. 2. ТИПЫ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 545 8. 3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 548 8. 4. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 551 8. 5. ТЕРМИЧЕСКИЙ И ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 555 8. 6. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 556 8. 7. ЗАИЛЕНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПЕРЕФОРМИРОВАНИЕ ИХ БЕРЕГОВ...... 557 8. 8. ВОДНЫЕ МАССЫ ВОДОХРАНИЛИЩ...... 559 8. 9. ВЛИЯНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ НА РЕЧНОЙ СТОК И ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ...... 560 ГЛАВА 9. ГИДРОЛОГИЯ БОЛОТ...... 566 9. 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БОЛОТ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ...... 567 9. 2. ТИПЫ БОЛОТ...... 569 9. 3. СТРОЕНИЕ, МОРФОЛОГИЯ И ГИДРОГРАФИЯ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ...... 573 9. 4. РАЗВИТИЕ ТОРФЯНОГО БОЛОТА...... 577 9. 5. ВОДНЫЙ БАЛАНС И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ БОЛОТ...... 579 9. 6. ВЛИЯНИЕ БОЛОТ И ИХ ОСУШЕНИЯ НА РЕЧНОЙ СТОК. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ БОЛОТ...... 584 ГЛАВА 10. ГИДРОЛОГИЯ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ...... 590 10. 1. МИРОВОЙ ОКЕАН И ЕГО ЧАСТИ. КЛАССИФИКАЦИЯ МОРЕЙ...... 590 10. 2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СТРОЕНИЕ И РЕЛЬЕФ ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА. ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ...... 598 10. 2. 1. Происхождение ложа океана...... 598 10. 2. 2. Рельеф дна Мирового океана...... 599 10. 2. 3. Донные отложения...... 603 10. 3. ВОДНЫЙ БАЛАНС МИРОВОГО ОКЕАНА...... 606 10. 4. СОЛЕВОЙ СОСТАВ И СОЛЕНОСТЬ ВОД ОКЕАНА...... 609 10. 4. 1. Солевой состав вод океана...... 612 10. 4. 2. Соленость морской воды и ее определение...... 613 10. 4. 3. Распределение солености в Мировом океане...... 614 10. 5. ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ МИРОВОГО ОКЕАНА...... 619 10. 5. 1. Тепловой баланс Мирового океана...... 619 10. 5. 2. Распределение температуры в Мировом океане...... 619 10. 6. ПЛОТНОСТЬ ВОД И ИХ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ...... 625 10. 6. 1. Факторы, определяющие плотность морской воды...... 625 10. 6. 2. Распределение плотности в Мировом океане...... 626 10. 7. МОРСКИЕ ЛЬДЫ...... 631 10. 7. 1. Ледообразование в море...... 632 10. 7. 2. Физические свойства морского льда...... 634 10. 7. 3. Движение льдов...... 636 10. 7. 4. Ледовитость океанов и морей...... 637 10. 8. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ...... 639 10. 9. АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ...... 642 10. 10. ВОЛНЕНИЕ...... 645 10. 10. 1. Волны зыби...... 646 10. 10. 2. Ветровые волны...... 649 10. 10. 3. Деформация волн у берега...... 652 10. 10. 4. Волны цунами...... 654 10. 10. 5. Внутренние волны...... 656 10. 11. ПРИЛИВЫ...... 658 10. 11. 1. Основные элементы приливов...... 658 10. 11. 2. Приливообразующая сила...... 662 10. 11. 3. Статическая и динамическая теории приливов. Строение приливной волны и приливные течения...... 664 10. 11. 4. Деформация приливной волны у берега...... 667 10. 11. 5. Разложение уравнения приливной волны. Гармонические постоянные. Таблицы приливов...... 669 10. 11. 6. Приливы в ограниченном водоеме. Сейши...... 672 10. 12. МОРСКИЕ ТЕЧЕНИЯ...... 674 10. 12. 1. Силы, формирующие течения. Классификация морских течений...... 674 10. 12. 2. Теория ветровых течений...... 675 10. 12. 3. Плотностные течения...... 680 10. 12. 4. Циркуляция вод в Мировом океане...... 683 10. 13. УРОВЕНЬ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ...... 689 10. 13. 1. Кратковременные колебания уровня...... 690 10. 13. 2. Сезонные колебания уровня...... 692 10. 13. 3. Долгопериодные изменения уровня...... 694 10. 14. ВОДНЫЕ МАССЫ ОКЕАНА...... 696 10. 14. 1. Основы учения о водных массах...... 696 10. 14. 2. Основы Т, S-анализа водных масс...... 699 10. 14. 3. Водные массы Мирового океана...... 701 10. 15. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ. ОКЕАН И КЛИМАТ...... 703 10. 16. РЕСУРСЫ МИРОВОГО ОКЕАНА И ЕГО ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ...... 714 ЗАКЛЮЧЕНИЕ...... 727 ЛИТЕРАТУРА...... 736

Издательство: "Директ-Медиа" (2017)

ISBN: 9785447544638