Гидрология суши

Михаил Васильевич Ломоносов в 1761 году, проводя астрономические наблюдения прохождения планеты Венера через солнечный диск, обнаружил ряд оптических явлений, которые были объяснены им с позиций существования атмосферы вокруг планеты, что открыло путь к исследованию атмосфер и климата других планет, в том числе экзопланет. Изучение планет продемонстрировало огромный набор самых разных вариантов планетных миров. В то же время оказалось, что физические процессы, управляющие атмосферными процессами и приводящие к столь разным результатам, одни и те же на любых планетах. Этот результат создает уверенность в фундаментальности знаний, полученных на основе "земной" метеорологии. В этом смысле изучение планетных атмосфер оказывается очень важно не только из-за решения задач открытия других миров, поиска жизни во Вселенной и т. д., но и с точки зрения применения полученных знаний для решения земных проблем - изменений климата и моделирования динамики атмосферы.

В учебном пособии рассмотрены основные типы водных объектов суши и особенности использования водных объектов отраслями экономики, в том числе с участием гидроузлов; изложены общие сведения о водном и водохозяйственном балансах, гидрологических и водохозяйственных расчётах. Рассматриваются классификации водохранилищ и основные положения регулирования речного стока водохранилищами и каскадами гидроузлов, изменения речного стока под влиянием хозяйственной деятельности; обсуждаются вопросы жизнедеятельности системы «водохранилище — речной бассейн» как природно-техногенного комплекса, а также особенности влияния водохранилищ на речные бассейны.

В работе рассмотрены теоретические вопросы правового регулирования и действующее российское законодательство в сфере охраны поверхностных вод от загрязнения, выявлены и проанализированы основные организационные и практические проблемы охраны водных объектов от негативного антропогенного воздействия, а также разработаны научно обоснованные рекомендации по совершенствованию водного и экологического законодательства. Издание подготовлено по состоянию законодательства на сентябрь 2011 г.

Интервью председателя правления Российского водного общества А. П. Каткова о проблемах комплексного управления водными ресурсами, функционирования отрасли водоснабжения и водоотведения, обеспечения безопасности и безвредности питьевой воды.

Учебно-методическое пособие содержит программу теоретического курса «Гидрология», методические разработки по выполнению лабораторных работ, вопросы и упражнения для самостоятельной работы студента, карты, таблицы и номограммы, необходимые для выполнения лабораторных работ, а также список обязательной и дополнительной литературы, интернет-ресурсов, электронных библиотек по курсу. Чтобы использовать ряд разделов данного пособия необходимо уметь работать с текстовым редактором, табличным процессором и графическим редактором на уровне начинающего пользователя.

В монографии представлены результаты исследования экосистемы водоема-охладителя Березовской ГРЭС-1 с периода его заполнения. Произведена обработка массива данных методами математической статистики с выделением факторов формирования качества воды, что, несомненно, является ценным материалом для исследователей, работающих в области прикладной экологии.

Рассмотрены подходы по построению зон затопления в применении к ряду населенных пунктов Ленинградской области. Отмечены практические проблемы, возникающие при расчете характеристик периодически затапливаемых территорий, а также описываются возможные варианты их решения. Анализируется опыт применения различных видов дополнительной информации, в том числе космических снимков высокого разрешения, в целях повышения надежности расчетов.

Рассмотрены основные вопросы гидрометрии; даны описания методов проведения работ по измерению уровней воды, глубин, скоростей, расходов и других характеристик водотока и обработки результатов измерений. Приводятся описания приборов и способы производства работ.

В учебном пособии освещаются вопросы оценки качества поверхностных вод, рассматриваются основные источники загрязнения и методы химического анализа поверхностных вод. Представлены различные методы оценки качества воды по гидрохимическим, гидробиологическим и экотоксикологическим показателям, а также критерии пригодности воды для питьевых и хозяйственных целей. Полученные магистрантами знания могут быть использованы при разработке и осуществлении мероприятий по охране вод, обеспечению их экологической безопасности и рациональному использованию водных ресурсов.

На основе обобщения многолетних материалов наблюдений Подмосковной воднобалансовой станции выявлен механизм влияния климатических изменений на сток реки Медвенка в зимний и весенний периоды. Показано, что повышение среднемесячной температуры в 1981-2008 гг. в январе и феврале в среднем на 2. 8 {0} С вызвало увеличение стока за эти месяцы в 1, 9 раза и уменьшение его в апреле на 15% по сравнению с периодом 1958-1980 гг.

Издание посвящено научным и прикладным аспектам гидрохимии и гидроэкологии поверхностных водных ресурсов с акцентом на влиянии антропогенных факторов, изменяющих качество природных вод при их загрязнении. Основу книги составляют специально подобранные многочисленные публикации автора и написанные при его участии по указанным проблемам, помогающие раскрыть и объяснить отдельные наиболее важные стороны процессов формирования вод суши в условиях техногенеза. Некоторые разделы пособия содержат конкретные результаты мониторинга качества вод и моделирования гидрохимических и гидроэкологических процессов в природных водных экосистемах.

Интервью с ученым о перспективах исследования антарктического озера Восток.

Рациональное природопользование в пойменных ландшафтах требует их всестороннего изучения. Получаемые при таких исследованиях материалы во многом специфичны для разных рек и даже отдельных участков одной и той же реки. Это связано с особенностями, поступающих в реки и перемещаемых водным потоком твердых осадков. В то же время, основные черты руслового процесса универсальны и поддаются обобщению

Приводится количественная оценка самоочищающей способности воды в отношении показателей окисляемости и цветности для трех водохранилищ с разной проточностью - Иваньковского, Учинского и Можайского. Оценен вклад отдельных внутриводоемных процессов в снижение этих показателей по данным натурных наблюдений на Можайском гидрологическом полигоне.

Опасные явления. 1 сентября в Краснодарском крае в районе Хосты над Черным морем на большом удалении от берега наблюдался смерч, не достигший поверхности воды. 2 сентября в Омской области отмечались заморозки на поверхности почвы и в приземном слое до -5{0}C; 2 и 3 сентября в Новосибирской, Томской, Кемеровской областях, Алтайском крае в воздухе и на почве до -1 {0}С.

Северо-Восток России – регион, водообеспеченный по показателям среднегодового стока, но ежегодно в зимний период он превращается в вододефицитный. Для выработки мер по снижению действия этого негативного гидроэкологического фактора необходимо изучить закономерности изменения речного стока в зимнюю межень. Цель работы – получить математическую модель кривых истощения стока для непромерзающих рек Северо-Востока России в зимнюю межень и применить ее для предвычисления ежедневных расходов воды. На основе анализа гидрографов зимнего стока непромерзающих рек Северо-Востока России выявлены различия в характере истощения стока по обе стороны Главного водораздела Земли, обусловленные климатическими условиями. Кривые истощения зимнего стока хорошо описываются экспоненциальной функцией. Коэффициент истощения стока связан с тепловым стоком реки, косвенно характеризующим режим поступления тепла и влаги на водосбор. Для неизученных рек предложен индекс тепловодообеспеченности бассейна, представляющий собой произведение нормы слоя годового стока и среднемноголетней температуры воздуха по Цельсию, увеличенной на 20 °C. Полученная математическая модель позволяет предвычислять ежедневные расходы воды на полгода вперед (середина октября – середина апреля) не только на работающих гидрологических постах, но и на неизученных реках. Для этого необходимо измерить расход воды в середине октября или же определить его по модулю расхода ближайшей реки-аналога. Верификация модели проводилась по данным двух гидрологических постов, которые не использовались при разработке расчетной схемы, т. е. на независимом материале. Точность расчета средне- многолетних кривых зимнего стока 11,4–14,7 %, а кривых конкретных лет – 3,3–16,7 %.

На основе многолетних данных натурных измерений испаряемости на 81 станции Государственного гидрологического института оценены параметры зависимости проводимости G от скорости ветра W, входящей в формулу испаряемости Дальтона. Была применена линейная зависимость от W, т. е. модель G (W) = g [1]+ g [2] W. Найденные значения g [1]=165, 2 и g [2]= 99, 9 использованы при расчете испаряемости по результатам обычных метеорологических наблюдений на территории бывшего СССР в местах расположения 2460 метеостанций.

В 1929 г. в урочище Высокая Дубрава была перенесена магнитная обсерватория. А с 16 августа 1936 г. на Объединенной гидрометеорологической станции Верхнее Дуброво ведутся постоянные метеорологические наблюдения и эта дата считается днем рождения станции.

Опасные явления. 2-6 июля на юге Сибирского федерального округа наблюдался комплекс метеорологических явлений погоды: 2 июля в Кемеровской области прошли дожди, местами сильные (14-22 мм за 12 ч), грозы, ветер усиливался до 15-20 м/с; 2, 3 и ночью 4 июля в центральных и южных районах Красноярского края также отмечались сильные дожди.

Пособие содержит начальные сведения о пакете STADIA, позволяющие освоить основные приемы работы с массивами данных, а также научиться практическому использованию двух модулей пакета ─ факторного анализа и шкалирования.

При современных изменениях климата произошло увеличение частоты и продолжительности опасных и катастрофических наводнений на некоторых реках России.

О процессе аридизации, т. е. иссушения почв и связанных с ним процессов опустынивания, обезвоживания территорий Земли.

Выполнен анализ методов расчета пропускной способности русла с поймами. Установлено, что стандартная методика, рекомендуемая нормативными документами, неэффективна. Одной из причин больших погрешностей расчетов по ней является неучет эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков.

Опасные явления. В период с 19 ч 6 ноября до 7 ч 7 ноября в Ахтынском районе Дагестана прошел очень сильный снег, выпало до 40 мм осадков. Днем 6 и ночью 7 ноября в Анабарском и Булунском районах Якутии мела сильная метель продолжительностью 8-12 ч с ухудшением видимости до 200-500 м, местами до 40-60 м при среднем ветре 18-23 м/с с порывами 26-31 м/с. 9 ноября в горной части Туапсинского района дул юго-западный ветер с порывами 30-31 м/с.

Исследована связь плотности гидрологических постов (ГП) государственной основной наблюдательной сети на реках с плотностью населения, которая принята в качестве показателя освоенности территории. Приведена минимальная необходимая численность ГП основной сети, рассчитанная объективно обоснованным методом.

На основе анализа статистической однородности многолетних рядов среднегодовых значений температуры воздуха и годового количества осадков выявлены пространственно-временные закономерности их изменения по течению реки Белая. Установлено, что к настоящему времени на водосборе реки Белая произошло потепление и отмечается увеличение количества выпавших осадков.

Большинство объектов водного хозяйства России расположено на территориях, характеризующихся отрицательными значениями температуры зимнего периода. Зимний режим многих водных объектов (рек, озер, водохранилищ, каналов) России характеризуется наличием ледовых явлений, которые в значительной мере определяют характер протекания гидрологических и экологических процессов в них. Эти явления могут быть причиной чрезвычайных ситуаций, связанных с резким и значительным подъемом уровня воды в водном объекте (как правило, на реках и в нижних бьефах гидроузлов), что вызывает затопление или подтопление значительных территорий. В большинстве случаев эти территории заселены или интенсивно используются человеком в хозяйственной деятельности

Представлены результаты анализа изменений стока наносов основных притоков озера Байкал. Установлено, что со второй половины 1970-х годов на притоках наблюдается уменьшение стока наносов. Рассмотрены причины такой тенденции, имеющие особенности в разных районах бассейна озера.

Представлены результаты исследования диатомовых комплексов современных донных отложений малого озера Щучье (Хибинский горный массив, Кольский п-ов). В исследованном интервале донных отложений оз. Щучье обнаружено 218 видов и разновидностей диатомовых водорослей, относящихся к 44 родам. Преобладающими таксонами являются Aulacoseira valida (Grun.) Kramm (до 25 %), A. subarctica (O. Müll.) Haworth (до 24 %), Staurosira venter (Ehrenberg) H. Kobayasi (до 17 %), S. construens Ehrenberg (до 16 %), Pseudostaurosira brevistriata (Grunow) D.M. Williams & Round (до 15 %), A. alpigena (Grunow) Krammer (до 13 %), Brachysira brebissonii R. Ross (до 10 %). Эколого-географический анализ диатомовых комплексов выявил в исследуемом озере среди таксонов с известным географическим распределением преобладание космополитов, по типу местообитания – бентосных форм. По отношению к рН доминируют обитатели слабощелочных вод (алкалифилы и алкалибионты), по отношению к солености воды – виды- индифференты. Обнаружены изменения в структуре диатомовых комплексов, отражающие процессы, происходящие на водосборной площади. Так, по отношению к местообитанию с горизонта 3-4 см отмечено значительное увеличение доли планктонных форм; в современном слое их доля достигает 51,2 %, что указывает на повышение уровня воды в озере. Выявлено упрощение структуры диатомовых комплексов, сопровождающееся резким снижением индекса Шеннона–Уивера. Доминирующий комплекс представлен алкалибионтными (Aulacoseira subarctica и A. valida) и алькалифильным (Staurosira construens) таксонами. Полностью исчез ацидофильный бентосный вид Brachisira brebissonii, представители рода Eunotia встречаются единично. Нелинейная динамика рН является, с одной стороны, косвенным свидетельством климатических изменений в сторону потепления и тренда на увеличение трофического статуса озера, с другой – свидетельством антропогенного влияния.

Приведены сведения по гидростатике и динамике жидкости, гидравлическим сопротивлениям, равномерному и неравномерному движениям жидкости, гидравлическим расчетам водопропускных сооружений, фильтрационным и гидрологическим расчетам при их проектировании. Содержит теоретическую и практическую части, контрольные задания и рекомендации по их выполнению, примеры решения задач и справочные таблицы.

Рассмотрен гидрологический режим озерно-речных систем водосбора западной части Белого моря. Исследовано влияние искусственного регулирования и изменений климата на гидрологический режим рек региона на основе анализа длительных рядов наблюдений (1931–1996 годы) за основными гидрологическими характеристиками. Гидроэнергетическое освоение рек региона привело к увеличению меженного стока и сокращению доли стока за половодье в среднегодовом стоке воды. Этому также способствовали изменения климата, происходившие в регионе. На территории водосбора западной части Белого моря в исследуемый период наблюдалось повышение среднегодовых температур и увеличение годового количества осадков. При этом наиболее значительное повышение температур и увеличение количества осадков происходило в холодное полугодие, способствуя частичной «сработке» снежного покрова в зимний период. На территории водосбора Белого моря в исследуемом периоде отмечалась фаза повышенной водности и общей увлажненности. Положительные тренды среднегодовых расходов воды были отмечены на всех реках рассматриваемого региона. Согласно оценкам Государственного гидрологического института, рост средних годовых температур и увеличение количества осадков продолжаются и в настоящее время. Учитывая сохранение отмеченных климатических тенденций, можно предположить дальнейшее сглаживание сезонных колебаний стоковых характеристик. Вычислены коэффициенты условного водообмена для крупных озер и водохранилищ региона. Большинство водоемов характеризуются слабым внешним водообменом, а значит, способны ассимилировать значительное количество загрязняющих веществ, в т. ч. антропогенного происхождения. Большое количество таких озер, расположенных на водосборах рек, может значительно снизить поступление твердого стока и растворенных химических веществ в море.

Донные отложения малых рек претерпевают существенные изменения в промышленно-урбанизированных и сельскохозяйственных районах. Они отличаются от речного аллювия содержанием и формой нахождения химических элементов, что обусловлено спецификой производств, расположенных на прилегающей к водотокам территории.

Рассмотрены закономерности развития системы течений, включающей плотностной поток и течения, вызванные внутренними сейшами в заливе. Дан анализ выявленных эффектов влияния этой системы течений, обнаруженной в Петрозаводской губе Онежского озера, на транспорт взвеси и образование облаков мутности. Проверены предложенные методики расчета распределений скорости течений и концентрации взвеси.

Расчет начальной концентрации взвешенных веществ и моделирование распространения облака мути в водных экосистемах является в настоящее время одной из актуальных задач в связи с необходимостью оценки влияния различных типов работ, планируемых к реализации на водных объектах, на обитателей этих экосистем. Решение такой задачи носит комплексный характер и обсуждается в различных научных школах. Для проведения предварительных оценок используются несложные инженерные методы, которые описаны в нормативно-правовых документах и методических рекомендациях. Одним из самых сложных методов прогнозирования динамики концентрации взвешенных веществ является построение трехмерной математической модели с последующей разработкой методов ее решения при использовании высокопроизводительных вычислений. С другой стороны, пристальное внимание государства к промышленному освоению арктических территорий обусловливает комплексное уточнение методов (как инженерных, так и математических) оценки воздействия планируемых работ на окружающую среду с целью нивелирования глобальных экологических рисков. В данной статье представлены результаты исследования динамики плотности морской воды в зависимости от температурных данных и солености, приведена методика расчета плотности воды на основе Международного уравнения состояния морской воды. Получены расчетные значения гидравлической крупности частиц при различных значениях плотности воды и исследована зависимость изменения начальной концентрации взвешенных веществ от скорости осаждения частиц. Реа- лизован численный эксперимент, результаты которого показали, что на начальную концентрацию облака взвешенных веществ, образующегося от точечного источника при дноуглубительных работах в приустьевых районах арктических морей, влияет плотность воды.

Представлены результаты статистической оценки максимальных расходов дождевых паводков рек бассейна Среднего и Нижнего Амура. По удлиненным рядам натурных наблюдений рассчитаны обеспеченные значения расходов воды, выполнен анализ редукции модуля стока 1%-ной обеспеченности по площади.

Рассмотрено опасное явление на реке Нева, развивающееся в процессе ее замерзания - образование внутриводного льда, приводящего к закупорке водозаборов, и зажоров, обусловливающих резкое уменьшение стока воды ниже их по течению и наводнения.

Предложена математическая модель движения воды и твердого вещества в трехмерной постановке. Представлен взаимосвязанный расчет переменных состояния водного потока и потока твердого вещества. Сопротивление донных отложений движению потока представлено такими характеристиками грунта, как коэффициент внутреннего трения грунта и силы сцепления грунта при сдвиге.

Разработан алгоритм, позволяющий оценить гидрологическую роль основных антропогенных факторов формирования стока р. Москвы в отдельности и в комплексе. Проанализировано влияние на сток в бассейне р. Москвы ландшафтных преобразований, гидротехнических сооружений, использования воды за характерные периоды последних 150 лет (середина XIX в., начало ХХ вв., 1960–1980 гг., первое десятилетие XXI в., период исчисления нормы стока). Показано основное гидрологическое влияние урбанизации на территории бассейна р. Москвы на формирование речного стока в последние десятилетия. Оценено соотношение антропогенных и климатических факторов общего изменения стока р. Москвы в начале XXI в

В августе 2011 г. наблюдалось 46 опасных гидрометеорологических явлений, из них 7 явлений (3 случая смерча и 4 случая града), которые Гидрометцентр России не оценивает, кроме того, 8 явлений были причислены к категории неблагоприятных гидрометеорологических явлений.

Северная Двина, как река с максимальным расходом на водосборе Белого моря, оказывает значительное влияние на гидрохимическую структуру Двинского залива и бόльшей части всего моря. Ее устьевая область представляет интерес ввиду того, что является маргинальным фильтром и испытывает на себе сильное влияние полусуточных приливов и антропогенную нагрузку не только Архангельской агломерации, но и всей Архангельской области. Для оценки качества вод данной области предложено рассмотреть их кислородонасыщение как показатель интенсивности протекания продукционно-деструкционных процессов. Изучены временная (межгодовая, сезонная, мезомасштабная, или приливная) и пространственная изменчивости кислородонасыщения вод устьевой области р. Северной Двины, а также его зависимость от скорости течения в пределах мезомасштабной неоднородности. В основе исследования лежат данные, полученные в ходе экспедиционных работ Северо-Западного отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в марте 2014 года и октябре 2015 года. Воды в марте отнесены к категории «грязные» (в силу естественных причин), а в октябре – к категории «чистые». Отмечены значительная сезонная, а также незначительные мезомасштабная (приливная) и пространственная изменчивости кислородонасыщения. Проанализированы архивные данные по кислородонасыщению на створах государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды за период 2000–2014 годов. Результаты исследования указывают на превалирование сезонной изменчивости над межгодовой, а также на отсутствие влияния изменчивости скорости течения на приливную изменчивость кислородонасыщения.

Об интерактивной карте качества воды, с помощью которой можно узнать качество воды в кране, воды в водозаборе, какие риски существуют для здоровья в том или ином регионе, а также посмотреть список лабораторий по определению качества воды.

Реки могут сами очищать себя, не избавляясь от опасных загрязнителей полностью, но существенно снижая их концентрацию.

Предложено критериальное соотношение, которое позволяет оценить возможность возникновения лавинообразного передвижения гиперконцентрированного (наносами) селя в конкретном селеносном водотоке.

Рассказывается о дефиците воды на планете.

Рассматриваются результаты исследования процессов газообмена диоксида углерода в системе водная поверхность - атмосфера. Показано, что в течение всех гидрологических сезонов газообмен имеет ярко выраженный суточный ход, амплитуда которого зависит от сезона.

На основе многолетних исследований кислородного режима Можайского водохранилища и с помощью математического моделирования изучена зависимость скорости формирования аноксидной зоны в этом водохранилище от гидрометеорологических факторов. Эти факторы определяют степень стратификации водной массы и интенсивность протекания продукционно-деструкционных процессов, а соответственно и скорость развития аноксии.

Рассматриваются зимний режим реки Енисей и причины происходящих зимой подъемов уровней воды, способ обнаружения кромки ледостава из космоса. Обоснована методика прогноза дат установления ледостава, подвижек льда и подъемов уровней воды при ледоставе и подвижках.