Реферат: Понятие о волнении. Процесс возникновения развития и затухания ветровых волн
КОНТОРЛЬНАЯ РАБОТА ПО ГИДРОЛОГИИ
1.Понятие о волнении. Процесс возникновения развития изатухания ветровых волн
Морское волнение представляет собой один изрезультатов передачи энергии атмосферы поверхностному слою воды. Привоздействии движущегося потока воздуха на водную поверхность в воде возникаютсвоеобразные колебательные движения, характеризующиеся тем, что частицыповерхностного слоя начинают описывать круговые орбиты, располагающиеся в вертикальнойплоскости, причем в верхней части такой орбиты частица воды движется внаправлении действия, вызвавшего это движение ветра, а в нижней — впротивоположную сторону. При этом в каждый данный момент частицы, находящиеся водной фазе орбитального движения, располагаются рядами, ориентированными понормали к направлению ветра. Будучи в наивысшей фазе орбитального движения, ониобразуют гребни волн, в наинизшей — ложбины волн.
Ветровое волнение, возникающее при непосредственном воздействии воздушныхпотоков на водную поверхность,представляет собой неупорядоченное движение, что объясняется неправильнымипульсациями воздушных потоков, частой сменой их направлений, общейтурбулентностью движущегося над водой слоя воздуха. Вследствие значительнойвязкости воды волновые колебания водного слоя продолжаются некоторое время ипосле прекращения ветра. При этом происходит упорядочивание движения, волыприобретают более или менее одинаковые параметры и направлении распространения.Такое упорядоченное волнение называется зыбью. Характер движения частиц воды вволнах зыби может быть уподоблен движению точки, находящейся на радиусекатящегося круга. Траектория такой точки называется трохоидой, асоответствующий тип волн — трохоидальными волнами.
Энергия волны в первую очередь определяется ее высотой, т.е. амплитудойколебания или диаметром орбиты, а на глубине порядка 200 м эта амплитуданичтожна даже для очень крупной поверхностной волны. Поэтому геоморфологическоевоздействие волн на дно ограничивается очень узкой прибрежной мелководнойполосой шельфа.
Величина волн зависит от скорости вызвавшего их ветра и от длины разгона,т.е. пути ветра над водной поверхностью.Максимальные высоты волн отмечены в зонах развития западной атмосфернойциркуляции. Средние высоты волн, наблюдающиеся в океане при умеренных ветрах, 1- 3 м, при значительных — 6 — 10 м. Известны случаи экстремально высоких волнвысотой до 20 — 30 м. Например, в 1933 году с судна «Рамапа» в северной частиТихого океана наблюдалась ветровая волна высотой 34 м.
Наиболее спокойной зоной в океане является экваториальная, где штормовыеволнения крайне редки, а повторяемость штилей достигает 20- 33%. Областидействия пассатов характеризуются почти постоянным неспокойным состояниемводной поверхности, но здесь преобладают умеренные волнения.
2.Биологическая жизнь и круговороторганического вещества в озерах. Продуктивность озер. Схема зарастания озер иозерные отложения.
Развивающиеся в озерах биологические процессы непосредственно обусловленыхимическим составом озерной воды, ее прозрачностью, размером озера и связаннымс ним термическим режимом.
Большое влияние на развитие растительности (гидрофлоры) и животныхорганизмов (гидрофауны) озера оказывают также общие физико-географическиеусловия района, в котором расположено озеро.
Чрезмерно малая минерализация воды, особенно малое количество питательныхсолей, большие глубины озера, низкие температуры, наоборот, затрудняют развитиеорганической жизни.
Среди обитателей вод различают организмы, способные питаться минеральнымивеществами и синтезировать (создавать) органическое вещество (автоторофные), иорганизмы, питающиеся только готовым органическим веществом (гетеротрофные). Кпервым относятся все растительные организмы, осуществляющие фотосинтез, т.е.синтез органического вещества, используя при этом солнечную энергию. Ковторым — все животные и некоторыерастительные организмы, в том числе большинство бактерий. Таким образом,население водоема по характеру обмена веществ может быть разделено на двеосновные группы: производителей органического вещества и потребителейорганического вещества.
Зарастания обычно связывают с обогащением водоемов биогенными веществами(см. рис). При первоначально малом их содержании в водоеме (олиготрофия)поступление их в водоем постепенно формирует высокую концентрацию в водноймассе и донных отложениях таких веществ, как азот и фосфор, качеств водыухудшается и водоем становится эвтрофным, т.е. обогащенным биогеннымивеществами.
Расположение любого водоема на той непрерывной шкале — от олиготрофного кэвтрофному называется его трофическим состоянием (уровнем). Вначале былипредложены только при категории водоемов — олиготрофные, мезотрофные иэвтрофные.
Хотя зарастание водоемов является природным процессом, его развитиеоценивается в рамках геологических масштабов времени. Однако за несколькопоследних веков человек существенно увеличил использование биогенных веществ,особенно в сельском хозяйстве в качестве удобрений и детергентов. Многие изэтих веществ проникли в водоемы и таким образом ускорили их зарастание. Итогомэтого процесса, названного антропогенным зарастанием, является уменьшениевременного масштаба процесса зарастания в целом от тысяч лет до несколькихдесятилетий и менее.
Прямым следствием увеличения поступления биогенных веществ в озеро иливодохранилище является интенсификация роста водорослей (а затем и животных),что контрастирует с действием токсичных загрязняющих веществ, которые могутубить в водоеме все живое. Интенсификация роста водорослей может привести к различнымэффектам. Например, высокая биомасса, в конечном счете, приводит к большомуобъему мертвых растений и животных (детрит), осаждающемуся на дно. Там этовещество будет окисляться аэробными бактериями, что приведет к падениюконцентрации растворенного кислорода в придонных слоях. В результате здесьможет сформироваться аноксия — условия, при которых могут существовать толькоанаэробные бактерии. Хотя эти бактерии еще способны окислять детрит, онивыделяют значительные объемы восстановленных газов, таких, как метан исероводород.
Поступления биогенных веществ в водоем всегда превышают их потери изнего, что приводит к «чистому» накоплению этих веществ в водоеме. В немначинается образование ила, обычно со скоростью 3 мм/год.
Основным результатом этого увеличивающегося плодородия водоема являетсяувеличение в нем биомассы, что наначальной стадии полезно, поскольку озеро становится более продуктивным. Вдальнейшем продуктивность становится настолько большой, что вызывает ухудшениекачества воды, проявляющееся в нескольких формах. Изобилие биомассы в конечномитоге приводит к сильному уменьшению концентрации РК, т.к. при бактериальномразложении органического вещества интенсивно расходуется кислород. В такихусловиях анаэробное разложение органического вещества и восстановлениесоединений железа вызывает порчу воды: появляется запах сероводорода. Обавышеуказанных процесса очень трудно остановить. Скорость истощения кислородамаксимальна летом, когда первичная продукция достигает своего пика.
Озерные отложения формируются из двух основных источников. Выносаллохтонного вещества (внешнего по отношению к озерной системе) обеспечиваетпоступление в водоем неорганических частиц и некоторых органических веществ.Эти компоненты образуют свежие донные отложения в форме крупных частиц в местахвпадения рек в озера. Более мелкие частицы осаждаются в открытых акваторияхозер, хотя сезонные колебания скорости осаждения частиц вызывают циклическиеизменения этих общих тенденций. Дождливая погода увеличивает перенос наносов иэрозию. Так формируется толстый горизонт отложений крупнозернистой фракции. Всухой сезон в осадках преобладает органическое вещество, образующее тонкийтемный слой мелкозернистой фракции.
Второй по значению вклад в озерныеотложения вносит «дождь» отмершего органического вещества из водных масс озера.Его распределение зависит от морфометрических особенностей озера: это веществонакапливается в глубинной части озера, тогда как на мелководьях постоянноеперемешивание вод задерживает его в толще воды.
Озерные отложения становятся мелкозернистыми и более богатымиорганическим веществом ближе к центральной части озера, поскольку волнение намелководье постоянно взмучивает озерные отложения. Прибрежные отложения — обычно более крупные фракции, промытый песок. Однако там, где присутствуютводные растения, они снижают развитие волнового перемешивания, способствуянакоплению мелкозернистых органических отложений с высоким содержаниеморганического вещества вследствие разложения макрофитов в естественных условиях.