Колебания уровня воды в реках.

В зависимости от характера питания, времени года и фазы вод­ного режима уровни воды в различных реках имеют значительные ко­лебания, достигающие в отдельных случаях 30 м. Например, годовая амплитуда колебаний уровней воды на р. Енисее с 4,5. м в истоке по­степенно увеличивается и в нижнем течении достигает 20 м. Лишь в устьевой части амплитуда снижается до 9-10 м.

Основные причины, вызывающие колебания уровней воды в ре­ках, следующие: изменение расходов воды в реке за счет дождей, тая­ния снега и др.; сгонные и нагонные ветры; заграждение русла реки льдом (заторы); действие приливов и отливов в устьях рек; подпоры воды в устьях притоков; режим работы гидроузлов (попуски воды) и т. д.

Поверхность речного потока непрерывно понижается от истока к устью. Степень понижения характеризуется падением и продольным уклоном поверхности воды.

Падением h (рис. 5) уровня воды называется разность между его абсолютными отметками Н- и Нч в двух пунктах (Л и Б), распо­ложенных вдоль реки на расстоянии /. Падение может характеризо­ваться величиной (обычно в сантиметрах), приходящейся на 1 км дли­ны участка реки. Например, среднее падение р. Оби на 1 км равно 4 см.

Продольным уклоном / поверхности воды в реке называется от­ношение падения h на данном участке к длине этого участка l (длина

участка и падение должны быть выражены в одной и той же размер­ности), причем

Уклон выражается безразмерной величиной (десятичной дробью). Меженные уклоны Волги у Горького равны 0,00005, Северной Двины у Березников - 0,00003, Дона у Калача - 0,00001 и т. д.

Величина продольных уклонов поверхности воды в реках зависит от высоты уровня воды, вида продольного профиля реки, плановых очертаний русла и т. д. При низких уровнях воды уклон меньше, причем, как правило, уклон на плесе меньше, чем на перекатах. При увеличении расхода и подъеме уровня уклоны на плесах увеличивают­ся, а на перекатах - уменьшаются. При дальнейшем повышении уровня уклоны на плесах могут сравняться с уклонами на перекатах. При еще большем повышении уровня уклоны на плесе увеличиваются, а на перекатах - уменьшаются. Обычно в половодье уклоны бывают больше на плесе и меньше на перекате.

После выхода воды из русла и разлива ее по пойме уклоны будут зависеть от очертаний долины в плане. Где долина уже, там будет больший поверхностный уклон, где она расширяется - меньше.

Скорости течения воды в реке зависят от продольного уклона. Чем больше уклон, тем больше скорость течения и наоборот. Поэтому в межень скорость течения на перекатах больше, чем на плесах, а в половодье - наоборот.

Поверхность воды в реке имеет также и поперечные уклоны, возникающие на закруглениях русла, при резких подъемах и спадах воды, а также вследствие вра­щения Земли.

На прямолинейном уча­стке реки на частицы воды действует сила тяжести G, равная произведению массы т частицы воды на g - ускорение свободно падающе­го тела (g = 9,81 м/с 2), т. е.

Поверхность воды в этом случае на поперечном профиле занимает го­ризонтальное положение ab (рис. 6).

Рис. 6. Схема образования попе­речного уклона поверхности во­ды на закруглениях русла:

ab - положение уровня на прямоли­нейном участке русла; cd - то же на криволинейном участке русла; R - радиус кривизны русла; G - сила тя­жести

На закруглениях русла те же частицы воды, кроме силы тяжести, подвергаются действию цен­тробежной силы / (см. рис. 6), на­правленной по радиусу кривизны русла в сторону вогнутого берега. При этом

/= mv /R, (3).

где т - масса частицы воды;

v - скорость речного потока;

R - радиус кривизны русла.

Силы / и G заменим равнодействующей силой г. Под действием центробежной силы часть воды будет смещаться к вогнутому берегу, вследствие чего образуется поперечный уклон и уровень займет поло­жение cd, перпендикулярное направлению равнодействующей г (см. рис. 6). Значение поперечного уклона может быть выражено сле­дующим уравнением:

Заменим / и G их значениями из выражений (2) и (3), тогда

Треугольники d0b и dee подобны. Сторона се почти равна ширин» В русла. На основании подобия треугольников можно написать

На основании формул (5) и (6) повышение уровня A/l у вогнутого берега (по сравнению с уровнем воды у выпуклого берега) определяет­ся по формуле

Если для реки, имеющей ширину 100 .м, скорость течения 2 м/с и радиус изгиба 200 м, провести расчет по формуле (7), то повышение уровня у вогнутого берега (по сравнению с уровнем у выпуклого) составит примерно 20 см.

При резких подъемах и спадах воды так­же возникает уклон. Вода при резкой прибыли быстрее заполняет сред­нюю часть русла и поверхность ее становится выпуклой. Это объясня­ется тем, что вода встречает меньшее сопротивление на середине рус­ла, чем у берегов. При резкой убыли вода быстрее уходит из средней части русла, где также встречает меньшее сопротивление, чем у бере­гов, поэтому поверхность ее становится вогнутой.

Такие явления наблюдаются в начальный период резкого подъе­ма или спада уровня. В дальнейшем подъем и спад происходит при относительно горизонтальной поверхности свободного потока.

Уклон вследствие вращения Земли (закон Бэра) имеет следующие предпосылки. Каждая точка земной поверх­ности совершает за сутки один полный оборот, но круговой путь при этом проделывает разный. Следовательно, и скорость движения точек Земли неодинакова и зависит от того, ближе или дальше от экватора по направлению к полюсам расположена эта точка. Очевидно, что ок­ружная скорость движения точек больше у экватора и меньше по направлению к полюсам.

Таким образом, реки северного полушария, текущие с юга на се­вер, будут переходить из области больших скоростей в область меньших, а реки, текущие с севера на юг - из области меньших скоростей в область больших.

При появлении ускорения возникает сила инерции, которая всегда направлена в сторону, противоположную ускорению. Поэтому в момент увеличения скорости какой-либо точки сила инерции будет направлена в сторону, противоположную ее движению, а при замедле­нии - в сторону движения.

Рассмотрим две реки северного полушария (рис. 7).

Река 1 (например, Волга) течет с севера на юг. Частицы воды, перетекая из пункта / в пункт 2, будут переходить из области мень­ших скоростей V1 в область больших скоростей V2 кругового вращения точек земной поверхности. Скорости частицы водыо v1 и и v2 в соответст­вии с вращением Земли направлены в сторону левого берега. Следо­вательно, ускорение, равное величине V2-V1, направлено также в сторону левого берега, а сила инерции fi - в сторону правого берега. Тогда на частицу будут действовать две силы: сила тяжести G и сила инерции f1. Заменим эти две силы равнодействующей r1,. Уровень воды расположится по перпендикулярному направлению линии действия равнодействующей. В результате у правого берега уровень воды по­вышается, у левого - понижается.

Река 2 (например, Обь) течет с юга на север. Частицы воды, пере­текая из пункта 3 в пункт 4 , будут переходить из области больших скоростей vз кругового вращения точек земной поверхности в область меньших скоростей v4. Следовательно, ускорение будет направлено в сторону левого берега, а сила инерции, так же как и реки /, опять в сторону правого. Поэтому у правого берега уровень воды повышает­ся, а у левого - понижается (см. рис. 7).

Это позволяет сделать вывод о том, что независимо от географиче­ского направления течения, в результате вращения Земли поперечный уклон поверхности воды у рек северного полушария всегда направлен от правого берега к левому. Если продолжить рассуждения, то легко показать, что у рек южного полушария, независимо от направления течения, поперечный уклон поверхности воды направлен от левого берега к правому.

Обычно поперечный уклон, вызываемый вращением Земли, в сред­них широтах незначителен, в несколько раз меньше продольного.

Например, по расчету у реки, имеющей ширину 1 км, скорость тече­ния 1 м/с на широте 60° (Ленинград), разность уровней у противопо­ложных берегов составит 1,3 см. Однако действуя многие тысячеле­тия, он оказывал большое влияние на формирование русла, постепен­но перемещая его в северном полушарии в сторону правого берега и в южном - в сторону левого. Вследствие этого у большинства рек северного полушария правый берег высокий (горный), а левый отло­гий (луговой). К числу таких рек относятся Днепр, Дон, Волга, Обь, Иртыш, Лена и др. Отсутствие у некоторых рек ярко выраженного пра­вого горного и левого отлогого берегов объясняется тем, что роль сил инерции в формировании русла значительно слабее, чем роль таких факторов, как ветер, геологическое строение Земли, уклон местности и т. д.

Поперечные уклоны могут возникать возле неровностей берега, на участках разделения русла, а также в периоды сильных ветров и при изменении ширины русла.

Навигационная опасность - это препятствие, опас­ное для плавания судна.

Навигационные опасности делятся на постоянные и временные. К первым относятся: габаритные размеры судового хода, недостаточные для свободного прохода судов; значительная извилистость русла;

сложная конфигурация дна и берегов; перекаты; наносные каменистые образования; отдельные элементы гидротехнических сооружений и др. К временным навигационным опасностям относятся: значительные ко­лебания уровней воды; сильные ветры, волнение, течения; туманы;

льды; неправильные течения; колебания течений и т. д.

Влияние опасности на плавание судов часто зависит от типа и раз­мера последних.

Судоводитель обязан знать виды, особенности и природу навига­ционных опасностей, чтобы правильно учитывать их при плавании.

Вроде пробурили скважину на воду не так давно. Надеялись, что она будет работать лет двадцать как минимум. А она опустела в одно мгновение. Давайте рассмотрим, из-за чего пропадает вода.

Как правило, вода со скважины пропадает как раз не внезапно, а постепенно, просто многие жильцы слишком поздно обращают внимание на проблему, особенно если речь идет о водоснабжении дачного участка. Сначала вода немного мутнеет, с каждым днем становится все грязнее, в ней содержится большое количество глины. Затем вода течет медленнее и только по истечении еще некоторого времени пропадает. Если скважиной не пользовались долго, то заиливание является естественным явлением. В других случаях вероятнее всего она изначально была не правильно сделана, не был отсечен верхний нестабильный грунт (илистая грязь, суглинок, плывун). Для спасения скважины рекомендуется произвести ее чистку – желонирование. Однако помните, что проблема сама по себе не исчезнет, устранить можно только последствия заиливания, но не причину. Если вода со скважины пропала резко, то, к сожалению, бурение было выполнено не качественно. Такая скважина не сможет больше давать воду.

Если в скважине мало воды, то, возможно, иссяк водоносный горизонт:

• Первая причина этого – скважину пробурили в техническом слое, на уровне 15-20 м. Верховодка считается непригодной для употребления, так как ее составляющие – дождевые и талые воды, а также грунтовка с большим количеством грязи, которая попадает сюда из огородов, полей, канализации, дорог. Такой горизонт насыщен водой весной, когда тает снег, и во времена дождей, в жару же пересыхает.
• Вторая причина – пробурили скважину в малонасыщенный горизонт. К слову сказать, он бывает и глубокого залегания, зависимо от геологических условий на участке. Для увеличения дебета такой скважины ее рекомендуется обсадить трубами, что имеют большой диаметр – 168-219 мм. Или вы можете сделать большой отстойник, расположенный на большой глубине.

Зачастую проблемы с количеством воды наблюдаются в скважинах на песке. В нем нет водоупорного слоя глины. Поэтому водоносные горизонты размыты, нестабильны. Уровень время от времени изменяется, зависимо от погодных условий, поры года. Также стоит учитывать интенсивность водозабора, которая характерна для соседних участков. То есть может попросту не хватать на всех. Малый уровень воды может быть связан с работой насосного оборудования: в сети малое напряжение, насос не включен, оборвался провод, аппарат сломался, не справляется с работой. Также может нарушиться герметичность обсадной трубы или в нее попал инородный объект или образовался лед, даже небольшое его количество уменьшает напор воды.

Все знают, что рН питательного раствора оказывает достаточно сильное влияние на развитие растений. Опытные гидропонисты постоянно измеряют и поддерживают оптимальный уровень рН в своих гидропонных системах, и все-таки иногда он то повышается, то понижается. Почему это происходит и как с этим справляться?

Причина 1: рН воды

Вода, которую применяют для приготовления питательного раствора, может иметь разный уровень рН. Например, дистилированная вода, которую многие предпочитают использовать, имеет рН, равный 7 единицам. И раствор готовят, исходя из этого показателя. А между тем, буквально через 3-4 часа рН упадет уже до 6-5,5 из-за того, что в воду попал СО2.

Что касается воды водопроводной, то в ней содержатся соли кальция и магния. При попадании в такую воду углекислого газа, рН раствора может измениться совершенно непредсказуемо. Лучший способ привести в порядок водопроводную воду - процесс, называемый обратным осмосом. Можно также использовать специальные регуляторы уровня рН, однако добавление химикатов может сказаться на растениях, а особенно на молодой рассаде неблагоприятно. К тому же с помощью регуляторов привести рН к идеальным показателям остаточно сложно, и многие ошибаются.

Причина 2: удобрения

Многие удобрения содержат вещества, способные сильно влиять на уровень рН раствора. Например, при содержании в удобрении мочевины, в раствор попадают молекулы аммиака, которые изменяют уровень рН. Таким же образом отражается на рН раствора амидная связь, свойственная ряду соединений. Помимо этого, меняются показатели при поглощении растением питательных веществ. При поглощении одних ионов уровень рН падает, при поглощении других - увеличивается.

Причина 3: субстрат

Во многих гидропонных системах (метод подтопления, капельный полив, техника питательного слоя) используют тот или иной субстрат. Это может быть керамзит, вермикулит, торф, минеральная вата, кокосовый субстрат. И каждый из этих наполнителей имеет свой уровень рН, который влияет и на рН питательного раствора.

Как стабилизировать рН в гидропонной системе?

Итак, мы выяснили, что на уровень рН влияет вода, биохимические процессы в растениях и субстрат. Поэтому показатели могут постоянно изменяться. Часто для стабилизации рН применяют фосфаты. Однако иногда они оказываются слишком слабыми. Кроме того, такие стабилизаторы могут повредить растениям, так как рН самого растения значительно выше, чем питательного раствора, и равен, как правило, 7,0-7,2. А вот новые, молодые корни имеют рН около 4 единиц. Неаккуратное обращение с буферами и стабилизаторами может разрушить оптимальный рН растения и оптимальный рН корневой системы. В результате растения гибнут.

Теперь мы возвращаемся к самому началу проблемы - к воде. Был проведен ряд самых разных исследований, и результаты оказались очень интересными. Оказалось, что при использовании удобрений, стимуляторов, разных субстратов все же возможно сохранить уровень рН, если внимательно отнестись к ЕС (электропроводности) раствора .

Если ЕС воды находится в пределах 100 ppm, то есть соответствует 160 is/cm, то вполне возможно удерживать показатели рН на оптимальном уровне. Стабильности этому способу добавляет упомянутый выше обратный осмос. В ходе исследований было выявлено, что при процессе обратного осмоса и приемлемом уровню ЕС уровень рН практически не изменяется, оставаясь стабильным, что сказывается на растениях самым благоприятным образом.

В процессе наблюдений за уровнем подземных вод гидрологи зафиксировали сезонность его изменения. Весной во время половодья и после затяжных ливней уровень грунтовых вод растет, при длительном отсутствии осадков и в жаркое время года наблюдается понижение уровня грунтовых вод.

Количество атмосферных осадков влияет на уровень подземных вод

Следствием изменения уровня грунтовых вод становится наполняемость верхних водоносных горизонтов, питающихся за счет инфильтрации сквозь почву атмосферной влаги и талой воды. Сезон осадков способствует увеличению мощности водоносных пластов, и в скважинах, пробуренных на такие водоносные горизонты, уровень воды поднимается, в засуху – падает.

Длительное отсутствие осадков приводит к снижению уровня в поверхностных водоемах: глубина крупных водохранилищ и озер понижается, мелкие водоемы и реки мельчают, неглубокие скважины и колодцы пересыхают. При этом объем подземных вод, залегающих в напорных водоносных горизонтах, не подвержен значительным колебаниям. Водоносные пласты истощаются и в процессе добывания воды из колодцев и скважин.

Причины изменения уровня воды в скважине и ее полного пересыхания

Если производилось на безнапорный водоносный горизонт, на уровень воды в ней будут оказывать влияние различные внешние факторы:

• Сезонные колебания. Во время засухи уровень воды в скважине может опускаться ниже точки водозабора погружным насосом. Возобновление осадков приведет к наполнению водоносного горизонта и подъему уровня воды в скважине.
• Увеличение потребления воды. Если скорость выкачивания воды из скважины выше, чем скорость поступления воды в нее, уровень воды может значительно снижаться. Такое происходит, если мощность насосного оборудования не соответствует производительности скважины.
• Увеличение количества потребителей. Несколько скважин, пробуренных на один маломощный безнапорный горизонт, не будут обладать высоким водяным дебитом. Дебит каждой из скважин пропорционален количеству скважин.

Итак, на уровень воды в скважине влияют ее глубина, тип водоносного горизонта, количество потребителей и расход воды, объем притока инфильтрационных вод в водоносный пласт.

Примерно 71% поверхности нашей планеты покрыт водой, поэтому оценка изменения уровня моря - одна из важнейших задач, которые позволяют ученым прогнозировать дальнейшие изменения климата на Земле и условий жизни людей, живущих в разных регионах планеты.

До сегодняшнего дня ученые считали, что точно знают динамику изменения уровня моря. Это повышение уровня моря на 1,6 см в десятилетие, начиная с 1900 года. Во всяком случае, именно такие данные приводит Национальное управление океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA). Основная причина поднятия уровня моря - глобальное потепление.

Результаты нового исследования, опубликованного в октябре в издании Geophysical Research Letters, свидетельствуют о том, что ученые недооценили эту величину. В некоторых регионах поднятие уровня моря происходит быстрее общепринятого показателя примерно на 5-28%. Глобальный уровень моря, как утверждают авторы исследования, вырос не менее, чем на 14 сантиметров за последние сто лет, а в некоторых регионах - и на все 17 сантиметров.

Причина этой недооценки была раскрыта учеными из Лаборатории реактивного движения НАСА и Гавайского университета на Маноа. Сравнивая параметры текущей модели климата с измерениями уровня моря в предыдущие годы, команда климатологов обнаружила, что показания датчиков прибрежных приливов и отливов, возможно, не столь показательны, как считалось, и такие данные нельзя использовать в качестве эталона. Датчики, расположенные во многих местах в Северном полушарии, являются первичным источником данных для измерения глобального уровня моря за последние несколько десятков лет.

«Это не та ситуация, когда ошибочны данные или неправильно работают инструменты. По ряду причин уровень моря не изменяется одинаково по всей планете», - говорит Филип Томпсон, руководитель исследования. «Как оказалось, наши данные собираются в местах, где уровень моря поднимается наименее быстро из-за глобального потепления».

Обычно станции измерения уровня воды являются стационарными. Кроме уровня воды, такие станции могут определять и погодные условия региона, включая давление и скорость ветра, факторы, которые часто влияют на измерение уровня моря.

Единственная проблема во всей этой ситуации - места, где такие станции размещаются. Согласно исследованию, большинство станций находится в Северном полушарии, где ледовый покров тает быстрее, чем в Южном полушарии.

Как оказалось, уровень моря изменяется сильнее не там, где действует основной фактор изменения уровня вод Мирового океана. На самом деле, наиболее активно этот уровень повышается в местах, удаленных от этого фактора. Согласно одному из источников, тающие льды в Северном полушарии Земли сильнее всего влияют на поднятие уровня воды в «южной части Тихого океана и экваторе».

Команда проекта также считает, что обнаружила причину, по которой последствия таяния льда могут отличаться от региона к региону. Например, изменения в Китае могут значительно отличаться от изменений в США или Африке. Скорость поднятия уровня моря отличается в различных регионах из-за действия дополнительных факторов. Это могут быть ветры, океанические течения, гравитация, приливы.

«Это очень важно, поскольку вполне вероятно, что влияние определенных ветров или течений может быть причиной недооценки скорости поднятия уровня моря», - говорит Томпсон. Ученый говорит, что все это - не случайность, специалистам необходимо изменить скорость поднятия уровня моря в сторону повышения. Климатологи строят самые разные прогнозы, но большинство специалистов сходится в одном - глобальное потепление действительно есть, и оно является причиной быстрого таяния льда в обоих полушариях Земли. Профессор Питер Уэдэмс (Peter Wadhams) из Кэмбриджа, например, утверждает, что в этом или следующем годах Арктика может полностью освободиться ото льда, чего не случалось последние 100 тысяч лет.

В текущем году мы видим новые климатические рекорды. К примеру, каждый месяц этого года является самым теплым за всю историю наблюдений. Представители НАСА утверждают, что сейчас лед летом покрывает на 40% меньше площадей, чем еще тридцать лет назад. Если Антарктический ледяной щит продолжит таять, то уровень моря в будущем поднимается на 3,6 метра, что просто сотрет с лица земли многие города, находящиеся на побережье.