Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Biblioteka-Lektsii_gidrologia_ukr

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
516.91 Кб
Скачать

МІНІСТЕРСТВО ОСВIТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Кафедра «ПРИКЛАДНА ЕКОЛОГІЯ І ХІМІЯ»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

З ДИСЦИПЛІНИ

«ГІДРОЛОГІЯ»

(для бакалаврів спеціальності 6.070801 «Екологія і охорона навколишнього середовища»)

№ кода

Склав: ДОРОШЕНКО Т.Ф.

Затверджено на засіданні кафедри: «Прикладна екологія і хімія» ПРОТОКОЛ № 5 від 04 січня 2010 р. Зав. кафедрою Сердюк О.І.

Макіївка, 2010

 

2

 

 

ЗМІСТ

 

Лекція 1 Поняття про гідрологію як предмет. Кругообіг води в природі.............................

4

1.

Загальні уявлення про гідрологію. Комплекс наук гідрологічного напрямку................

4

2.

Кругообіг води в природі.....................................................................................................

5

3.

Водяні ресурси Землі. Розподіл води на земній кулі........................................................

6

4.

Єдність гідросфери. Зміна запасів води на Землі..............................................................

7

Лекція 2 Властивості води.........................................................................................................

8

1. Вода як хімічна сполука.......................................................................................................

8

2. Хімічний склад природних вод, класифікація природних вод.........................................

8

3. Забруднення природних вод і боротьба з ними.................................................................

10

Лекція 3 Фізичні властивості води..........................................................................................

11

1.

Агрегатні стани води. Щільність води.........................................................................

11

2.

Теплові властивості води: теплоємність, теплопровідність........................................

11

3.

В'язкість води...................................................................................................................

12

4.

Поверхневий натяг води.................................................................................................

13

5.

Електропровідність.........................................................................................................

13

Лекція 4 Гідрологія рік...............................................................................................................

14

1.Поняття "ріки", річкова мережа, гідрографічна мережа, водозбір і басейн рік.................

14

2.

Морфометричні характеристики басейну річки..........................................................

15

3.

Типи рік..................................................................................................................................

15

Лекція 5 Річкові долини. Водяний режим рік..........................................................................

17

1.

Річкові долини і їхні типи по походженню і характеру поперечного

профілю.

Елементи річкових долин..........................................................................................................

17

2.

Річкове русло і його звивистість у плані. Морфометричні елементи русла.

Подовжній профіль ріки...........................................................................................................

17

3.

Види харчування рік.............................................................................................................

18

4.

Водяний режим рік. Фази водяного режиму......................................................................

18

5.

Класифікація рік за водяним режимом................................................................................

19

Лекція 6 Механізм плину рік. Річковий стік............................................................................

21

1.

Механізм плину рік...............................................................................................................

21

2.

Швидкості бігу води, рівні води..........................................................................................

21

3.

Річковий стік і його складові..............................................................................................

21

4.

Вплив господарської діяльності людини на стік...............................................................

22

5.

Норма стоку.....................................................................................................................

23

6.

Водоносність рік і її внутрірічний розподіл.................................................................

23

Лекція 7 Річкові наноси. Руслові процес..................................................................................

24

1.

Енергія і робота рік.........................................................................................................

24

2.

Формування річкових наносів.......................................................................................

24

3.

Основні характеристики річкових наносів... ...............................................................

25

4.

Руслові процеси і їхня типізація....................................................................................

25

5.

Плеси і перекати, меандри..............................................................................................

26

6.

Термічний режим рік і його фактори............................................................................

26

7.

Річний термічний режим................................................................................................

27

8.

Розподіл температури води по живому перетині і довжині ріки..............................

27

Лекція 8 Льодовий режим рік....................................................................................................

28

1.

Льодовий режим рік і його фази....................................................................................

28

2.

Умови появи крижаних утворень..................................................................................

28

3.

Льодостав, його утворення. Затори. Зажори................................................................

28

4.

Джерела забруднення річок і заходу щодо охорони вод.............................................

29

5.

Устя рік, їхня класифікація і районування, дельти......................................................

31

Лекція 9 Гідрологія озер.............................................................................................................

32

1.

Типи озер за походженням і водообміном..................................................................

32

2.

Морфологічні і морфометричні характеристики озер.................................................

33

 

3

 

3.

Водяний баланс озера. Уровенний режим...................................................................

33

4.

Динамічні явища.............................................................................................................

34

5.

Термічний режим. Термічні типи озер.........................................................................

34

6.

Особливості льодового режиму....................................................................................

34

7.

Основні особливості гідрохімічного і гідробіологічного режимів............................

35

Лекція 10 Гідрологія водоймищ і боліт....................................................................................

37

1.

Гідрологія водоймищ......................................................................................................

37

2.

Поширення боліт. Походження боліт............................................................................

37

3.

Морфологія боліт...........................................................................................................

38

4.

Екологічні типи боліт....................................................................................................

38

5.

Вплив боліт на річковий стік........................................................................................

39

6.

Значення боліт.................................................................................................................

39

Лекція 11 Гідрологія підземних вод..........................................................................................

40

1.

Походження і поширення підземних вод......................................................................

40

2.

Основні поняття..............................................................................................................

40

3.

Водно-фізичні властивості ґрунтів................................................................................

41

4.

Класифікація підземних вод...........................................................................................

42

5.

Рух підземних вод. Закон фільтрації Дарси..................................................................

42

Лекція 12 Світовий океан, Властивості морської води...........................................................

44

1.

Світовий океан і його частини.......................................................................................

44

2.

Будова, рельєф дна океанів і морів................................................................................

44

3.

Донні відкладення в океанах і морях............................................................................

45

4.

Хімічний склад вод Світового океану і їхня солоність...............................................

46

5.

Водяний і сольовий баланси..........................................................................................

46

Лекція 13 Фізичні властивості морської води. Термічний режим океанів і морів...............

48

1.

Основні фізичні властивості морської води.................................................................

48

2.

Акустичні властивості морської води...........................................................................

49

3.

Основні оптичні характеристики морської води..........................................................

49

4.Загальна схема теплообміну в системі океан-атмосфера-літосфера. Тепловий

баланс океану........................................................................................... ...................................

50

Лекція 14 Морський лід.......................................................................... ...................................

52

1.

Класифікація морського льоду.....................................................................................

52

2.

Особливості замерзання морської води........................................................................

53

3.

Фізичні властивості морського льоду...........................................................................

54

4.

Рух льоду..................................................................................... ...................................

55

5.Рівень океанів і морів. Короткочасні, сезонні і довгострокові зміни рівня в

океанах і морях............................................................................................................................

55

Лекція 15 Хвилі. Плину.............................................................................................................

56

1.

Хвилі в морському середовищі.............................................................................

56

2.

Елементи хвиль.......................................................................................................

56

3.

Цунамі і сейші..........................................................................................................

57

4.

Плину.........................................................................................................................

57

Лекція 16 Кругообіг органічних речовин. Ресурси Світового океану...............................

59

1.

Взаємодія організмів із середовищем і кругообіг органічних речовин.................

59

2.

Використання ресурсів Світового океану..................................................................

59

3.

Принципи комплексного використання й охорони водяних ресурсів...................

61

Список використанної літератури………..……………………………………………………...62

 

4

Лекція 1 Поняття про гідрологію як

предмет. Кругообіг води в природі

1)Загальні уявлення про гідрологію. Комплекс наук гідрологічного напрямку.

2)Кругообіг води в природі.

3)Водяні ресурси Землі. Розподіл води на земній кулі.

4)Єдність гідросфери. Зміна запасів води на Землі.

1Загальні уявлення про гідрологію. Комплекс наук гідрологічного напрямку.

Гідрологія - комплексна наука і відноситься до циклу географічних наук.

Гідрологія займається вивченням властивостей гідросфери і її складових - океанів і

морів, рік, льодовиків, озер і боліт - і взаємодії гідросфери з навколишнім середовищем; а також процесів, що відбуваються у ній.

Океани і моря, ріки, льодовики, озера і води боліт звуться водяні об'єкти. Кожний з них володіє своїми типовими властивостями, які властиві саме даному об'єкту.

На ранній стадії розвитку гідрології як науки її підрозділяли на дві частини - гідрологію моря і гідрологію суші.

У теперішній час, гідрологія моря виділилася в самостійну науку - океанологію. У задачи океанології входить вивчення процесів, що протікають у Світовому океані, вивчення властивостей води як середовища мешкання живих організмів, встановлення взаємозв'язку між процесами у водах океану і процесами, що протікають в атмосфері, літосфері і біосфері. Сучасна фізична океанологія поєднує конкретні дисципліни, з яких основними є: загальна океанологія, фізика моря, perіональна океанологія і морські прогнози.

Гідрологія суші підрозділяється на власне гідрологію суші (загальну) і гідрографію. Власне гідрологія суші ставить своєю задачею вивчення загальних властивостей водяних об'єктів суші, законів, які керуюють процесами, що відбуваються в них, і загальних взаємодій цих вод з навколишнім середовищем, включаючи і ті зміни, що відбуваються під впливом діяльності людини. Гідрографія суші займається вивченням конкретних водяних об'єктів і вод окремих територій, ґрунтуючись на загальних закономірностях, встановлених власне гідрологією.

Гідрологія і гідрографія суші підрозділяються на гідрологію і гідрографію рік, озер, льодовиків і боліт.

Вивчення усіх видів водяних об'єктів зв'язано з різними методами спостережень і вимірів. Розробкою цих методів займається гідрометрія - прикладний розділ гідрології.

Підземні води, що знаходяться в земній корі, тобто в середовищі, де води не являють собою основну масу речовини, а входять у неї як складова частина, є предметом вивчення гідрогеології - розділа геології. Аналогічне вивчення ґрунтових вод є однієї з задач ґрунтознавства, а вивчення води атмосфери - однієї з задач метеорології і кліматології.

Таким чином, гідрологія тісно зв'язана з метеорологією і кліматологією, ґрунтознавством і гідрогеологією.

Однією з важливих властивостей води як рідини є її рухливість. Вивчення законів руху і рівноваги рідини - задача гідромеханіки і її прикладного розділу - гідравліки, що розробляє способи застосування загальних законів руху і рівноваги рідини до рішення практичних задач у конкретних умовах, створюваних природою чи людиною.

Вивченням фізичних властивостей природної води як рідини і фізичних процесів, що відбуваються у водяній оболонці Землі і її об'єктів, займається гідрофізика - розділ геофізики. Вивчення складу і хімічних властивостей природних вод і їхньої зміни в часі й у просторі є змістом розділу геохімії - гідрохімії. Наука, що вивчає водяні організми і їхню взаємодію з навколишнім середовищем, називається гідробіологією.

У гідрології застосовуються різні методи дослідження, з яких основні: 1- експедиційний; 2- стаціонарний; 3- лабораторний; 4- моделювання.

Експедиційний метод являє собою комплексне обстеження вод великих районів чи

 

5

гідрологічних об'єктів по

спеціально розроблювальних програмах. Цей метод

дозволяє досліджувати переважно ті явища, що розрізняються в просторі і повільно міняються в часі.

В даний час в експедиційних дослідженнях широко застосовуються сучасні способи виміру гідрологічних елементів: рівня, плину, хвилювання, температури води, льодових явищ і ін.

Метод стаціонарних спостережень служить для вивчення динаміки елементів гідрологічного режиму водяних об'єктів у часі. Систематичні спостереження за коливаннями рівня і витратами води, хвилюванням, плинами, температурою, рухом наносів, льодовими й іншими явищами виробляються гідрометеорологічними станціями й обсерваторіями. Ці спостереження ведуться по єдиній програмі, що відповідає задачам науки і практики.

Лабораторний метод дозволяє визначати фізичні і хімічні властивості води.

Метод моделювання дозволяє моделювати гідродинамічні процеси, для того щоб вивчити їхнє виникнення, розвиток і загасання. У штучних умовах на моделях, задаючи зовнішні умови, можна вивчити і самі явища і вплив на них різних сил. Так, наприклад, за допомогою моделювання досліджувався дрейф льодів у Північному Льодовитому океані, виникнення вітрових і внутрішніх хвиль, сейш у морях і озерах; на моделях русявів рік у лабораторних умовах вивчається вплив плинів, витрат води, складу донних відкладень на руслові процеси і т.і.

2 Кругообіг води в природі

Води земної кулі знаходяться в постійній взаємодії й у процесі круговороту зв'язані воєдино. Під впливом сонячної радіації з поверхні океанів, морів, рік, озер, льодовиків, снігового покриву і льоду, ґрунту і рослинності щорічно випаровується 525 тис. км3 води.

Випар з поверхні океанів і морів - основне джерело надходження вологи в атмосферу. Велика частина цієї вологи випадає у виді атмосферних опадів безпосередньо на поверхню океанів і морів, роблячи так називаний малий круговорот.

Менша її частка бере участь у великому круговороті, вступаючи в складні взаємодії з земною поверхнею. Великий круговорот містить у собі ряд місцевих, внутрішніх влагообігів і являє собою різноманітний процес переміщення, витрати і поновлення вологи на земній поверхні в надрах землі й в атмосфері. Атмосферні опади, зрошуючи поверхню материків, частково просочуються в ґрунт, частково стікають по схилах і утворять струмки, ріки, озера, болота. Поглинена ґрунтом вода частиною випаровується безпосередньо чи транспірується рослинами, частиною просочується всередину і формує підземні води. Останні беруть участь у харчуванні рік, озер, досягають моря підземними шляхами.

Волога, що надійшла в атмосферу в результаті випару з поверхні суші і її водойм, доповнює ту кількість її, що надходить з океану. Повітряними плинами вона переноситься в глиб материка і, випадаючи у виді дощу і снігу, зрошує території, більш-менш вилучені від океану. Опади, що випали, знову випаровуються, просочуються, стікають по земній поверхні. Стік води рік, що впадають в океан, завершує великий кругообіг води на земній кулі.

Кругообіг води складається з декількох ланок, головні яким атмосферна, океанічна, материковв.

М. І. Львович увів поняття "активність водообміну ", що характеризує тривалість зміни всього обсягу води даної частини гідросфери в процесі круговороту води.

В атмосферній ланці відбувається перенос вологи в процесі атмосферної циркуляції й утворення атмосферних опадів. Одноразовий запас вологи в атмосфері невеликий, всього 14 тис. км2, але при постійному поновленні цієї вологи в процесі випару з поверхні Землі обсяг опадів, що випадають на цю поверхню, дорівнює 525 тис. км3. Таким чином, у середньому кожні 10 доби волога атмосфери відновляється.

Для океанічної ланки круговороту характерно безупинне відновлення запасів вологи в атмосфері шляхом випару. З поверхні океанів в атмосферу надходить 86 % загальної кількості вологи, що випарувалася, на земній кулі. Загальна тривалість зміни води океану в процесі круговороту, очевидно, близько 3000 років.

Материкова ланка з активності участі її вод у кругообігу відрізняється великою

6

розмаїтістю. У цій ланці М. І. Львович у свою чергу виділяє ґрунтову, літогенну, річкова, озерну, льодовикову і біологічну ланки.

Ґрунт здійснює обмін вологою як з атмосферою, ріками й озерами, так і з надрами землілітогенною ланкою. Обмін цей відбувається шляхом просочування, стіку по поверхні, випари і транспірації порівняно швидко, у межах року.

Ступінь рухливості води в літогенної ланці неоднакова. Найбільше активно беруть участь у загальному круговороті води підземні води, що залягають поблизу земний поверхні до рівня дренування їх річковою мережею і живильні ріки. Тривалість обміну - від місяця до декількох років. З видаленням від земний поверхні, на великих глибинах, підземні води стають менш рухливими, і період їхнього водообміну досягає декількох мільйонів років,

Ріки повертають в океан води, що надійшли в процес кругообігу на сушу. Обмін води, що міститься в руслах відбувається дуже швидко: у середньому, за даними різних авторів за 1225 доби. Але якщо до обсягу руслових вод додати обсяг проточних озер, то активність водообміну значно зменьшиться і його тривалість зросте до трьох років.

Таким чином, кругообіг води в природі, що відбувається під впливом сонячного тепла і сили ваги, поєднує кілька геофізичних процесів, що відбуваються в його ланках - це випар, перенос вологи в атмосфері, її конденсація і випадання опадів, просочування їх у ґрунт і гірські породи, стік поверхневих і підземних вод.

Особливу роль у круговороті води займають біологічні процеси - транспірація і фотосинтез. У середньому витрата води на транспірацію приблизно дорівнює 30 тис. км3 у рік. Ця величина перевищує 40 % сумарного випару з усієї суші і складає 7 % випару з поверхні земної кулі, включаючи океан.

У процесі фотосинтезу рослини поглинають разом з вуглецем повітря водень, що входить до складу води, розкладаючи в такий спосіб її на складові частини. Цей процес можна схематизувати в наступному виді:

CO2+4H2O>CH2O + 3H2O + O2^

Рослини в процесі фотосинтезу можуть використовувати і розкладати 225 км3, води в рік. З цієї кількості четверта частина губиться для круговороту безповоротно. Тому є припущення, що протягом багатьох мільйонів років, з часу існування фотосинтезуючих рослин, можливо поступове зневоднювання Землі.

При кількісній оцінці круговороту не враховуються також ті води, що беруть участь у влагообміні з космічним простором, і т.і.

3 Водяні ресурси Землі. Розподіл води на земній кулі

Загальна кількість води на земній кулі, крім хімічно і фізично зв'язаної води земної кори і мантії, за наближеними підрахунками, складає 1,5 млрд. км3.

На частку океанів і морів приходиться приблизно 1,37 млрд. км3 води, тобто близько 94 % цієї кількості.

Поверхневі води суші: рік, озер, боліт, сніжників і льодовиків у горах, материкових льодів, включаючи льоди Антарктиди і Гренландії, складають менш 2 % загальної кількості води на земній кулі.

Суша і вода розподілені на поверхні Землі нерівномірно: велика частина суші зосереджена в північній півкулі (39 % площі займає суша і 61 % вода), у південному переважає водяна поверхня (площа води 81 %, суші 19 %).

Нерівномірність у розподілі поверхні води і суші зберігається при будь-якому перетині, по якому земна куля розділяється на двох половинок.

Можна так "розділити" земну кулю, що в одній півкулі виявиться велика частина суші, в іншому - води. Перша півкуля називається океанічною, друга - материковою. Полюс водяної півкулі знаходиться на південно-схід від Нової Зеландії, полюс материкової - біля устя р. Луара (Франція).

У материковій півкулі цілком знаходяться материки Європа, Азія, Африка, Півн. Америка, частина Півн. Африки, у водяному - велика частина Тихого океану і південні частини Атлантичного й Індійського океанів. У материковій півкулі поверхня суші складає 47 %, води - 53 %, в океанічної - 9 і 91 %. Т.ч., навіть на материковій півкулі водяна поверхя переважає.

7

Розподіл води і суші по широтах також нерівномірний. Більше всього суші на 40-50 широті півн. півкулі (39 %), води - на 60 шир. півд. півкулі (81 %).

4 Єдність гідросфери. Зміна запасів води на Землі

Води Світового океану і води суші в рідкому і твердому стані утворять гідросферу - переривчасту водяну оболонку Землі.

Верхньою границею її умовно можна вважати поверхню розділу з атмосферою, практично з тропосферою; нижня частина гідросфери проникає в літосферу і чітку границю з нею не має.

Між атмосферою, гідросферою і літосферою відбувається постійна взаємодія й обмін кількістю енергії і речовини.

Улітосфері велика частина води міститься у фізично і хімічно зв'язаному стані. По В. І.

Вернадському, загальний її обсяг у земній корі до глибини 20-25 км дорівнює приблизно 1,3 млрд. км3, що приблизно відповідає обсягу води в океані.

Обсяг вільної гравітаційної води в толщі земної кори 5 км в межах суші, по Ф. А.

Макаренко, визначається в 60 млн. км3.

Обсяг води в атмосфері порівняно невеликий, близько 14 тис. км3.

Умантії Землі, за даними А. П. Віноградова, знаходиться не менш 13-15 млрд. км3 хімічно зв'язаної води, тобто приблизно в 13-15 разів більше, ніж у Світовому океані і на суші.

Одноразові запаси води в атмосфері і ріках малі. Але ці води найбільш рухливі й у процесі круговороту води в природі безупинно відновляються, тому ці води поряд з підземними водами зони активного водообміну майже завжди прісні.

8

Лекція 2 Властивості води

1)Вода як хімічна сполука.

2)Хімічний склад природних вод, класифікація природних вод.

3)Забруднення природних вод і боротьба з ними.

1 Вода як хімічна сполука

Хімічно чиста вода складається по вазі з 11,19 % водню і 88,81% кисню.

Вивчення структури води тісно зв'язано з вивченням трьох агрегатних станів, у яких вона зустрічається на Землі. Будова води визначається розташуванням ядер водню щодо ядра кисню. Дослідження молекули води показали, що атоми кисню і водню розташовуються по кутах рівнобедреного трикутника, на вершині якого знаходиться атом кисню. Кут при вершині дорівнює приблизно 106°, а сторони трикутника мають довжину 0,96 А, відстань між ядрами водню НН=1,50 А. Трикутник Н-О-Н знаходиться усередині сфери, по якій рухаються електрони.

При утворенні води кисень віднімає від атомів водню їхні електрони і стає негативно зарядженим іоном, а атоми водню - позитивно зарядженими іонами. Тому що атоми водню розташовані не на одній прямій з атомом кисню, а під кутом, тобто несиметрично, те внутрімолекулярні сили компенсуються не цілком. З'являються залишкові сили. Молекула води утворить електричний диполь, тобто сукупність рівних по величині і протилежних за знаком електричних зарядів, що знаходяться на малій відстані. Диполь молекули води характеризується дипольним моментом, тобто вектором, спрямованим від негативного до позитивного заряду. Він дорівнює добутку зарядів на відстань між ними.

Кожна молекула води, що має 2+ і 2- зв'язки здатна утворити 4 водневі зв'язки.

Упароподібному стані (при температурі 100° С) вода складається головним чином із простих молекул, називаних гідролями і відповідних формулі Н2О.

Урідкій фазі вода представляє суміш:

-простих молекул гідролю (Н2О),

-подвійних -ди-: гідролю (Н2О)2 і потрійних молекул - тригідролей (Н2О)3.

Утвердій фазі (лід) у воді переважають тригідроли (Н2О)з.

При зміні температури і тиску співвідношення між кількістю гідролю, дигідролю і тригідролю змінюється.

Вода в різних фазах має і різну структуру, тобто характер розташування й упакування молекул відносно одна однієї.

Рентгенографічний аналіз указує на подібність структури води з кристалічною моделлю. Найбільш ймовірним виявилося тетраедральне розташування молекул, при якому чотири молекули, що займають вершини тетраедра, оточують п'яту. Позитивні іони водню при цьому спрямовані убік негативних іонів кисню сусідніх молекул. Виникаючі водневі зв'язки, тобто стягнення водню однієї молекули води з киснем інших, приводять до асоціації молекул Н2О в численні комплекси.

2 Хімічний склад природних вод

Природні води майже ніколи не бувають хімічно чистими, тому що містять різні речовини в розчиненому і завислому стані.

У процесі взаємодії гідросфери з атмосферою, літосферою і біосферою вода впливає на різні речовини, утворити щирі і колоїдні розчини. Щирі розчини - це такі, у яких розчинені речовини знаходяться у виді молекул і іонів з розмірами часток, що не перевищують 10-7 мм. Колоїдні розчини містять групи молекул і іонів з розмірами розчинених часток від 10-1 до 10-5 мм. Колоїдні розчини більш стійкі, але в природних водах вони зустрічаються в незначних кількостях.

Природні води розрізняються між собою по хімічному складі, концентрації речовин, співвідношенню і формі з'єднань між хімічними елементами, що знаходяться в розчині.

З відомих у даний час хімічних елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва більш половини виявлені в материкових і морських водах. Отже, по хімічному складі природні води являють собою складний комплексний розчин.

9

Хімічний склад природних вод умовно можна підрозділити на п'ять груп:

1)найголовніші іони (хлоридные С1', сульфатні SO4", гідрокарбонатні НСО3', карбонатні СО3", іони натрію Na', калію К', магнію Mg" і кальцію Са");

2)розчинені гази (кисень О2, азот N2, двоокис вуглецю СО2, водень Н, сірководень H2S);

3)біогенні речовини (сполуки азоту, фосфору, кремнію);

4)мікроелементи;

5)органічна речовина.

Гази й органічна речовина присутні у виді молекул, солі - у виді іонів і частково у виді комплексів, а деякі мінеральні й органічні сполуки - у виді колоїдів.

У процесі влагообіга, випаровуючись з поверхні Землі, конденсуючись і випадаючи у виді атмосферних опадів, вода стикається з поверхневим покривом земної кори і проникає в ґрунт. Проникаючи в ґрунт, вона розчиняє різні речовини, збагачуючись солями, органічними залишками і змінюючи свій газовий склад.

Нижче ґрунтового шару вода стикається з ґрунтами і корінними породами, у результаті чого ще більш змінює свій хімічний склад. Склад води:

1)Мінералізація - загальний зміст у воді всіх мінеральних речовин (від 10 мг/л до 600 г/л

-Мертве море). Вода розчиняє практично всі речовини, тому являє собою слабкий розчин. Серед порід земної кори виділяють три джерела мінералізації природних вод:

1)вивержені породи, що утворять розчинні солі в процесі хімічного вивітрювання;

2)відкладення солей (карбонати, сульфати, хлориди й ін.) морського походження, зв'язані з взаємодією океанів і материків;

3)солі, адсорбовані в різних осадових породах і ґрунтовому покриві.

Крім цих джерел мінералізації природних вод, величезне значення мають продукти виділення з надр Землі при вулканічних виверженнях, з гейзерів і мінеральних джерел.

Великий вплив на формування і режим природних вод роблять фізико-географічні і кліматичні умови, морфологічні й інші особливості водойми. На хімічний склад природних вод впливає і діяльність людей. Бурхливий ріст міст, промислових об'єктів, спорудження каналів, водоймищ і т.і. порушують природний гідрохімічний режим і змінюють склад природних вод.

За хімічним складом материкові й океанічні води розрізняються по кількісних співвідношеннях між найголовнішими іонами. У материкових водах мають місце HCO3'>SO4">Cl і Ca">Mg">Na' чи Ca">Na'>Mg", в океанічних спостерігаються C1'>SO4''>HCO3', Na'>Mg">Ca".

Зіставлення іонного складу материкових і океанічних вод свідчить про велику інертність вод Світового океану і їхньої однорідності, зв'язаної з могутньою вертикальною і горизонтальною циркуляцією, а також з вільним водообміном між окремими частинами океанів і морів. Води Світового океану відрізняються сталістю сольового складу, тобто сталістю кількісних співвідношень між найголовнішими іонами, що не залежать від концентрації розчину.

Велике значення для біологічних, біохімічних і інших процесів, що відбуваються в материкових і океанічних водах, мають розчинені у воді гази. З розчинених газів найбільше значення мають кисень О2 і двоокис вуглецю СО2. Особливе положення займає іон водню Н', хоча і міститься в природних водах у невеликих кількостях, але має велике значення для біологічних процесів. Розчинність газів у воді залежить від тиску газу на поверхні води (парціального тиску), температури і ступені мінералізації води.

Збагачення води киснем відбувається за рахунок надходження кисню з атмосфери й у результаті виділення кисню рослинами в процесі фотосинтезу. Зменшення кількості кисню уводі відбувається в зв'язку зі споживанням кисню на окислювання органічної речовини (подих водяних організмів, шумування, гниття органічних залишків), а також у результаті виділення кисню в атмосферу. Різке зменшення кисню свідчить про забруднення води. Зміст розчиненого кисню в природнихводахколиваєтьсяякучасі,таківпросторі.

Двоокис вуглецю знаходиться у воді переважно у виді розчинених молекул газу. Частина цих молекул, вступаючи у взаємодію з водою, утворить вугільну кислоту Н2СО3. Звичайно не розділяють СО2 і Н2СО3 і під двоокисом вуглецю мають на увазі їхню суму (СО2+ Н2СО3). Майже у всіх природних водах у тій чи іншій кількості міститься двоокис вуглецю. Він виділяється при окислюванні органічних речовин і виділенням СО2, що відбувається як безпосередньо у воді, так і в ґрунтах, з якими вона стикається. Крім того, збагачення природних

10

вод двоокисом вуглецю відбувається в результаті складних геохімічних реакцій, що мають місце в глибоких шарах Землі в зв'язку з процесами в осадових породах. Витрата СО2 відбувається головним чином шляхом переходу в атмосферу внаслідок перенасиченості води СО2, у результаті перекладу карбонатних порід у розчин і шляхом споживання СО2 рослинними організмами при фотосинтезі.

У хімічно чистій воді іони водню з'являються в результаті її часткової дисоціації: Н2О = Н+ + ОН-. Стан рівноваги характеризується іонним добутком води: kw=[Н+] [ОН-]=10-14 г-іон/л.

У природних водах концентрація водневих іонів залежить від дисоціації вугільної кислоти: Н2СО3=НСО3-+.

Іон водню Н' - це носій кислотних властивостей у розчині, гідроксильний іон ОН' - лужних властивостей. У хімічно чистій воді обидва іони знаходяться в рівних кількостях, тому хімічно чиста вода нейтральна: [Н+]=[ОН-]=10-7 г-іон/л. При нейтральній реакції концентрація іонів водню дорівнює 10-7 г/л. Звичайно концентрацію іонів водню у воді виражають у виді статечного показника (десяткового логарифма), узятого зі зворотним знаком, і позначають величину концентрації символом рН: pH=-lg|H+|. Вода з нейтральною реакцією має рН=7. При меншому 7, реакція буде кисла, при рН, більшому 7 - лужна. Більшість природних вод характеризується рН у межах від 6,5 до 8,5.

До групи біогенних речовин, що знаходяться у воді, належать: іони нітратний NO3 і нітритний N02, іони амонію NH4+ і фосфорна кислоти Н2РО4- і НРО42-. Біогенні речовини утворяться в природних водах переважно в результаті розпаду органічних речовин, що перетерплюють хімічні зміни під впливом біологічних процесів. Ці речовини містяться в природних водах у малих кількостях (від тисячних до десятих часток міліграма в кубічному метрі), але мають важливе значення для розвитку життєвих процесів. Крім сполук фосфору й азоту, до біогенних речовин відносяться сполуки заліза і кремнію.

До мікроелементів відноситься велике число (більш 40) знайдених у природних водах елементів, таких, як літій (200 мкг/л), рубідій (120 мкг/л), йод, барій, марганець, мідь, титан, цинк і ін. Мікроелементи містяться в природних водах у дуже малих кількостях, здебільшого в межах від тисячних до десятих часток міліграма на літр.

У природних водах, крім неорганічних сполук, завжди містяться органічні речовини, що представляють собою продукти розпаду різних організмів - рослин і тварин. Вони попадають у природні води ззовні й утворяться в самих водоймах, У водойми надходять речовини, що вимиваються водою з ґрунту, торфянников, а також залишки рослин, змивані з поверхні землі. Склад цих речовин складний. Їхня присутність у воді додає їй жовтувате фарбування. Ці речовини часто називають гуміновими Іншим зовнішнім джерелом надходження органічних речовин у водойми є скидаються в них стічні і промислові води. У самих водоймах органічні речовини з'являються в результаті життєдіяльності і відмирання живих організмів.

Класифікація природних вод

За змістом солей:

1)прісні - менш 1‰ (кількість речовини на 1000 мл); 2)солонуваті - 1-25 ‰; 3) високосолені (розсоли) - більше 50 ‰..

У залежності від переважного аніона:

1)гідрокарбонатні;

2)сульфатні;

3)хлоридні. Кожний з цих класів по переважному аніоні поділяється на три групи:

1)кальцієві;

2)магнієві;

3)натрієві.

3 Забруднення природних вод і боротьба з ними

1)мінеральні (пісок, глина, солі);

2)органічні;

1)рослинного походження (залишки рослин); 2) фізіологічні виділення людей і тварин, залишки тканин, бактерії).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]