Гидрология. Химические и физические свойства природных вод

• Название: Химические и физические свойства природных вод
• Дата: 26.01.2022
• Размер: 2.29 Mb.
• Имя файла: Гидрология.doc
• Тип: Документы; #343278
• страница: 1 из 7

ТЕМА 1. ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД
Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

• 
  Простой карандаш, ластик, линейка, циркуль;
  
• 
  Калькулятор.
  

Понятия и определения.

Вода (Н₂О) – слабый электролит, молекула которого состоит из одного водородного (Н⁺) и одного гидроксильного (ОН^-) ионов. Вода является хорошим растворителем химических соединений. Суммарное содержание в воде растворенных неорганических веществ выражают в виде минерализации (М, мг/л, г/л) либо в виде солености (S, ⁰/₀₀).

По содержанию солей (минерализации или солености) природные воды подразделяют на 4 группы: пресные – менее 1⁰/₀₀, солоноватые – 1-25⁰/₀₀, соленые (морской солености) – 25-50⁰/₀₀, высокосоленые (рассолы) – более 50⁰/₀₀.

К числу главных ионов солей, находящихся в природных водах, относятся отрицательно заряженные ионы (анионы) – НСО₃^- - гидрокарбонатный, SO₄^-2 – сульфатный, Cl^- - хлоридный и положительно заряженные ионы (катионы) – кальция Са⁺², магния Mg⁺², натрия Na⁺, калия К⁺.

Вода в природе может находиться в твердом (лед), жидком (собственно вода) и газообразном (водяной пар) агрегатных состояниях. Температура, при которой происходит кристаллизация воды, называется температурой замерзания. Изменения температуры замерзания воды связаны с влиянием давления и/или солености. Температура, при которой вода имеет максимальную плотность, называется температурой наибольшей плотности. Она составляет 3,98⁰С. Увеличение солености на каждые 10⁰/₀₀ снижает температуру наибольшей плотности примерно на 2⁰С. Соотношения между температурами наибольшей плотности и замерзания влияют на характер процесса охлаждения воды и вертикальной конвекции.

Задание 1. С помощью круговой диаграммы и прямоугольника Роджерса (рис. 1, А, Б) изобразить в тетради химический состав воды, приведенный в таблице 1.

Таблица 1

Данные о химическом составе природных вод

Вариант	Катионный состав, %экв.			Анионный состав, %экв.
	Са+2	Mg+2	Na++K+	HCO3-	SO4-2	Cl-
1	80	10	10	60	25	15
2	66	30	4	57	21	22
3	12	49	39	22	63	15
4	4	70	26	30	70	-
5	42	42	16	33	42	25
6	-	17	83	61	17	22
7	75	25	-	44	56	-
8	29	42	29	14	72	14
9	55	-	45	15	10	75
10	20	25	55	25	40	35
“б”	5	90	5	5	5	90

Методические указания.

1. 
   Для показа химического состава воды на круговой диаграмме (рис. 1, А) следует разделить окружность на две равные части горизонтальной линией, проходящей через ее центр. В верхней части полукруга показать катионный состав, в нижней – анионный.
   

Рис. 1. Графические методы показа химического состава воды

А – круговая диаграмма, Б – прямоугольник Роджерса, В – график Дурова. Катионы: 1 – Са, 2 – Mg, 3 – Na+K. Анионы: 4 – HCO₃, 5 – SO₄, 6 – Cl

2. 
   Каждое из полукружий разбить на три части пропорционально процентному составу катионов и анионов. Следует помнить, что 100% катионов или анионов на диаграмме соответствуют 180⁰ или 1% - 1,8⁰.
   
3. 
   Выделенные на диаграмме сектора заштриховать согласно самостоятельно разработанной легенде.
   
4. 
   При построении прямоугольника Роджерса в первом и третьем столбцах расположить катионы и анионы снизу вверх в последовательности, определяемой относительной реактивной силой (рис. 1, Б).
   
5. 
   Во втором столбце прямоугольника Роджерса указать состав солей в воде, выписать их процентное содержание.
   

Задание 2. С помощью графика Дурова (рис. 1, В) определить химический состав смеси, образующейся при смешивании воды «а» (один из вариантов таблицы 1) с водой «б» (табл. 1) в пропорции 1:1.

1. 
   Построить на миллиметровке макет графика Дурова (рис. 1, В).
   
2. 
   На катионном и анионном треугольниках определить местоположение точек «а», соответствующих химическому составу воды выбранного варианта.
   
3. 
   Спроецировать положения точек на квадрат путем проведения горизонтального пунктира из катионного и вертикального пунктира из анионного треугольников.
   
4. 
   Аналогично определить на квадрате положение точки «б».
   
5. 
   Исходя из пропорции смешивания 1:1 найти положение точки «с» (смеси вод «а» и «б»), для чего соединить «а» и «б» отрезком и разделить его пополам.
   
6. 
   Из точки «с» провести пунктирные проекции на отрезки «а-б» в катионном и анионном треугольниках и определить химический состав полученной смеси, выписав в тетради процентное содержание основных ионов.
   

Задание 3. По данным таблицы 3 построить график изменения температуры замерзания и температуры наибольшей плотности воды в зависимости от солености и проанализировать его, объяснив различия в ходе замерзания пресной и соленой воды.

Таблица 3

Данные для построения графика Хелланд-Хансена

Соленость, S, 0/00	0	5	10	15	20	25	30	35
Температура замерзания, tз, 0С	0,00	-0,27	-0,54	-0,81	-1,08	-1,35	-1,62	-1,89
Температура наибольшей плотности, tп, 0С	3,98	2,93	1,85	0,77	-0,30	-1,37	-2,45	-3,53

Методические указания.

1. 
   На оси абсцисс отложить значения солености, на оси ординат – температуры замерзания и наибольшей плотности. Масштабы выбрать самостоятельно.
   
2. 
   По данным таблицы 3 отстроить точки и провести через них прямые. Найти координаты точки пересечения прямых.
   
3. 
   Показать на графике область распространения пресных, солоноватых и соленых морских вод.
   
4. 
   Используя материалы учебника [13, с.25, 28-35] и лекционный материал объяснить различия в ходе замерзания солоноватых и соленых морских вод, изложив их в тетради.
   

ТЕМА 2. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕДНИКОВ
Материалы и оборудование:

• 
  Калька (10 х 10 см);
  
• 
  Миллиметровка (10 х 10 см);
  
• 
  Простой карандаш, ластик, линейка;
  
• 
  Калькулятор.
  

Понятия и определения.

Ледник – масса фирна и льда, образовавшаяся путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных осадков и обладающая собственным движением.

Снеговая граница – высотный уровень, выше которого накопление твердых атмосферных осадков преобладает над их таянием и испарением. Выше снеговой границы, где наблюдается положительный баланс снежно-ледовых накоплений, расположена область питания (аккумуляции) ледника, а ниже – где таяние преобладает над аккумуляцией – область абляции (расхода). Если приход снежно-ледовых масс в области питания больше чем их расход в области абляции, ледник наступает; если меньше – отступает; в случае равенства – ледник стабилен. Количественной характеристикой, позволяющей судить о типологии и динамике ледников, является ледниковый коэффициент (К_л), который представляет собой отношение площади области питания ледника (F_п) к площади области абляции (F_а):

К_л = F_п : F_а (1)
У современных долинных ледников значения К_л колеблются от 1 до 2, у каровых – от 0,5 до 1. При положительном балансе льда ледник начинает двигаться. Темп его перемещения оценивается с помощью скорости движения льда (V_л), которая пропорциональна квадрату мощности ледника (h_л) и уклону его поверхности (I_л):
V_л = kh_л²I_л (2)
где k - размерный эмпирический коэффициент, равный для ледников Памира 0,015.

Задание 1. Зная географические координаты ледника, вычислить высотное положение снеговой границы, нанести ее на план, рассчитать площади области питания (F_п), области абляции (F_а) и ледниковый коэффициент (К_л). На основании полученного коэффициента определить тип ледника (долинный, каровый).

Методические указания:

1. 
   Используя данные таблицы 2 определить высоту снеговой границы ледника Верхнего (рис. 2), имеющего координаты 38⁰ с.ш., 72⁰ в.д.