Предисловие
Начало XXI в. характеризуется возрастанием роли природных вод в жизни человеческого общества, вступившего в эпоху обостряющихся продовольственного, энергетического и экологического кризисов. Преодоление этих кризисов или минимизация их негативных последствий возможны лишь при изменении отношения людей к бесценному природному богатству Земли — ее водам и в особенности к ресурсам пресных вод.
Недостаток продовольствия, особенно в развивающихся странах, может быть восполнен путем расширения площадей орошаемых земель и более экономного использования пресных вод. Важным фактором в решении продовольственных задач может стать более широкое использование огромных биологических ресурсов водных объектов суши, а главное — Мирового океана.
Преодоление энергетического кризиса также во многом будет связано с более рациональным использованием вод в тепловой энергетике и при добыче нефти, с непосредственным использованием энергии движущейся воды (средние и малые гидроэлектростанции на реках, гидроаккумулирующие электростанции, приливные электростанции, установки, использующие энергию морских волн, и др.).
Роль воды в решении экологических проблем трудно переоценить. Пресная вода — один из главных факторов, обеспечивающих благоприятные экологические условия для развития почвенно-растительного покрова и животного мира, сохранения биоразнообразия, создания оптимальных условий жизнедеятельности людей. В то же время вода может наносить ущерб природе и человеку (катастрофические наводнения, вызванные паводками и ледяными заторами на реках, штормовыми нагонами и цунами на морских побережьях; разрушительные подвижки ледников и сели; распространение загрязняющих веществ речными потоками и морскими течениями после аварий и др.).
В настоящее время ухудшение экологической обстановки во многих регионах мира обусловлено либо недостатком пресных вод, либо нерациональным их использованием, поэтому решение комплексных задач охраны природы невозможно без учета водного фактора.
Нерешенность многих социальных и экономических проблем как в региональных, так и в общегосударственных и глобальном масштабах из-за объективных условий — недостатка природных вод или вследствие нерационального их использования — заставляет говорить о реальной угрозе водного кризиса на планете. К этому необходимо добавить происходящие в настоящее время изменения климатических условий на Земле, вызванные как естественными причинами, так и хозяйственной деятельностью человека. Глобальное потепление климата подтверждается и данными наблюдений, и модельными оценками. Это потепление сопровождается изменением атмосферных осадков и нарушением режима природных вод — увеличением стока рек в одних регионах и уменьшением в других, таянием ледников, повышением уровня Мирового океана и др. Планирование социально- экономического развития общества невозможно без учета и этих важных природных процессов.
Таким образом, одновременно с возрастанием роли водного фактора в жизни человеческого общества увеличивается и значение гидрологических знаний в работе представителей различных специальностей и, в первую очередь, географов.
Специалист-географ вне зависимости от своей узкой специальности должен хорошо представлять место и роль воды в природе и водных ресурсов в экономике, сущность гидрологических процессов и их вклад в формирование как природного облика всей Земли, так и отдельных ландшафтов, должен владеть системой научных знаний и методов исследований в области гидрологии, вопросами приложения гидрологических знаний к другим разделам географии.
Основная цель дисциплины «Гидрология» в соответствии с ее официальной программой 1 и заключается в ознакомлении студентов географических факультетов университетов с системой основных научных знаний и методов исследования в области гидрологии.
Основные задачи дисциплины «Гидрология» заключаются в следующем:
Дать представление о наиболее общих закономерностях процессов в гидросфере, показать взаимосвязь гидросферы
с атмосферой, литосферой, биосферой. Познакомить студентов с основными закономерностями географического распределения водных объектов разных типов: ледников, подземных вод, рек, озер, водохранилищ, болот, океанов и морей, с их основными географо-гидрологическими особенностями.
Показать сущность основных гидрологических процессов в гидросфере в целом и в водных объектах разных типов с позиций фундаментальных законов физики.
Дать представление об основных методах изучения водных объектов.
Показать практическую важность географо-гидрологиче- ского изучения водных объектов и гидрологических процессов для экономики и для решения задач охраны природы.
Аналогичные цели и задачи имеют дисциплины «Учение
о гидросфере»2 и «Гидрология суши»3. Автором всех трех упомянутых программ является В. Н. Михайлов.
В последнее время единственным официальным учебником по дисциплине «Гидрология» для географических факультетов университетов был учебник «Общая гидрология» (авторы — профессора географического факультета МГУ В. Н. Михайлов и А. Д. Добровольский, Высшая школа, 1991). Учебник широко использовался в университетах страны и получил признание и одобрение.
К настоящему времени тираж этого учебника полностью разошелся. Назрела необходимость издания нового учебника, сохранившего основные достоинства предыдущего, но существенно переработанного, обновленного и дополненного с учетом происходящих естественных и антропогенных изменений природных условий и новых достижений гидрологической науки.
Предлагаемый учебник начинается с разделов, посвященных общим проблемам гидрологии: типизации водных объектов, основным химическим и физическим свойствам природных вод, физическим основам гидрологических процессов, их взаимосвязи с природной средой, водно-экологическим проблемам. При этом подчеркивается важная роль уникальных химических и физических свойств воды, физическая общность многих процессов, протекающих в различных водных объектах, единство природных вод Земли.
Водные объекты разных типов рассматриваются в учебнике, начиная с объектов материкового звена круговорота воды на Земле (последовательно — ледники, подземные воды, реки, озера, водохранилища, болота) и кончая главными объектами океанического звена (океанами и морями). Описание ледников и подземных вод предшествует описанию рек, поскольку те и другие служат источниками питания рек, при этом ледники, занимающие самую «верхнюю» часть континентов, рассматриваются в первую очередь. В искусственных водных объектах — водохранилищах — протекают процессы, свойственные как рекам, так и озерам, поэтому водохранилища рассмотрены в отдельной главе после описания рек и озер. Болота, часто являющиеся результатом эволюции других водных объектов, заканчивают перечень водных объектов суши.
В предлагаемом учебнике большое внимание уделено роли гидрологических процессов в формировании географической оболочки Земли в целом и в процессах, протекающих в других компонентах природной среды (литосфере, атмосфере, биосфере), значению гидрологических знаний в развитии экономики, с современных позиций дается характеристика процессов в различных водных объектах с учетом результатов последних отечественных и зарубежных исследований.
Новый учебник существенно отличается от предыдущего, изданного в 1991 г.
Во-первых, изменено название. «Гидрология» — одна из фундаментальных дисциплин, предусмотренных новыми планами университетской подготовки специалистов по направлениям география, экология и природопользование, гидрометеорология .
Во-вторых, дополнен состав авторов. Один из авторов предыдущего учебника профессор МГУ А. Д. Добровольский скончался в 1991 г. Алексей Дмитриевич Добровольский — выдающийся педагог, крупный ученый-океанолог, соратник Н. Н. Зубова. Он руководил кафедрой океанологии географического факультета МГУ в течение 35 лет с момента ее основания в 1953 г. А. Д. Добровольский воспитал несколько поколений океанологов, опубликовал ряд блестящих учебников, научных монографий, организовал экспедиции на первом крупном на- учно-исследовательском судне «Витязь». Разделы учебника, написанные А. Д. Добровольским, переработаны и обновлены
профессором географического факультета МГУ С. А. Добролюбовым. Вместе с тем авторство А. Д. Добровольского сохранено.
В-третьих, текст в новом учебнике существенно переработан, обновлен и дополнен. В нем учтены результаты новых исследований в области гидрологии за последние 10 — 15 лет, большее внимание уделено современным глобальным изменениям природной среды, в том числе гидросферы. Рассмотрены такие вопросы, как повсеместная деградация ледников, климатические изменения речного стока, современные изменения режима континентальных водоемов (в том числе Каспийского и Аральского морей) и внутренних морей, повышение уровня Мирового океана и др.; приведены и проанализированы новые данные об антропогенных изменениях режима рек, озер, морей; освещены проблемы взаимодействия океана и атмосферы; рассмотрены некоторые экологические аспекты гидрологии (водные экосистемы и закономерности их функционирования); даны сведения об основных водных объектах Земли и о современных водных ресурсах мира и России; изложены современные проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения. Отражены новые законодательные акты, касающиеся вод России, их использования и охраны.
При написании учебника использован опыт чтения курсов «Общая гидрология», а затем «Гидрология» на географическом факультете Московского государственного университета. Основы этого курса были заложены профессором Б. П. Орловым, а в его развитии и совершенствовании принимали участие профессора В. Д. Быков, А. Д. Добровольский, Г. Н. Голубев, В. Н. Михайлов.
Главы 2—9 написаны В. Н. Михайловым, глава 10 — А. Д. Добровольским и С. А. Добролюбовым, глава 1 — В. Н. Михайловым и С. А. Добролюбовым, Введение и Заключение — тремя авторами совместно.
Авторы искренне благодарны за конструктивные советы и замечания по рукописи учебника официальным рецензентам: кафедрам гидрологии суши и океанологии факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета и доктору географических наук К. С. Лосеву.
Авторы очень признательны за советы и помощь при подготовке учебника к изданию своим коллегам по географическому факультету МГУ профессорам Н. И. Алексеевскому, В. М. Евстигнееву, С. С. Лаппо, К. К. Эделыитейну, доцентам В. А. Жуку,
В. Jl. Лебедеву, Н. Л. Фроловой, ведущим научным сотрудникам В. С. Савенко и В. А. Скорнякову, научному сотруднику Д. А. Петракову. Авторы также благодарят за ценные замечания заведующего кафедрой гидрогеологии геологического факультета МГУ профессора В. А. Всеволожского.
Помощь в подготовке учебника к изданию оказали Е. С. По- валишникова и Н. С. Перлова, которым авторы выражают искреннюю благодарность.
Н. Михайлов
А. Добролюбов
- Isbn 978-5-06-005815-4 © фгуп «Издательство «Высшая школа», 2007
- Предисловие
- Введение
- Вода в природе и жизни человека
- Водные объекты. Понятие о гидросфере
- Гидрологический режим и гидрологические процессы
- Науки о природных водах
- Методы гидрологических исследований
- Использование природных вод и практическое значение гидрологии
- 2. В числителе приведено полное, в знаменателе — безвозвратное водопотребление.
- Глава 1 химические и физические свойства природных вод
- Вода как вещество, ее молекулярная структура и изотопный состав
- 1.2. Химические свойства воды. Вода как растворитель
- 1.3. Физические свойства воды 1.3.1. Агрегатные состояния воды и фазовые переходы
- Плотность воды
- Тепловые свойства воды
- Некоторые другие физические свойства воды
- Глава 2 физические основы гидрологических процессов
- Фундаментальные законы физики и их использование при изучении водных объектов
- Водный баланс
- Баланс содержащихся в воде веществ
- Тепловой баланс
- Основные закономерности движения природных вод
- Классификация видов движения воды
- Расход, энергия, работа и мощность водных потоков
- Силы, действующие в водных объектах
- Уравнение движения водного потока
- Вертикальная устойчивость вод
- Глава 3 круговорот воды в природе и водные ресурсы земли
- Вода на земном шаре
- Современные и ожидаемые изменения климата и гидросферы земли
- Круговорот теплоты на земном шаре и роль в нем природных вод
- Круговорот воды на земном шаре
- И водные ресурсы Земли», 1974)
- Вод в грунтах
- Круговорот содержащихся в воде веществ
- Влияние гидрологических процессов на природные условия
- Водные ресурсы земного шара, частей света и россии
- Та блица 3.6. Средние многолетние (1930—2000) водные ресурсы России*
- Глава 4 гидрология ледников
- Происхождение ледников и их распространение на земном шаре
- Типы ледников
- Образование и строение ледников
- Питание и абляция ледников, баланс льда и воды в ледниках
- Режим и движение ледников
- Роль ледников в питании и режиме рек. Практическое значение горных ледников
- Глава 5 гидрология подземных вод
- Происхождение подземных вод и их распространение на земном шаре
- Физические и водные свойства грунтов. Виды воды в порах грунтов
- Физические свойства грунтов
- Виды воды в порах грунта
- 5.2.3. Водные свойства грунтов
- Классификация подземных вод. Типы подземных вод по характеру залегания
- Воды зоны аэрации. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона
- Воды зоны насыщения. Грунтовые воды
- 5.3.5. Другие типы подземных вод
- Движение подземных вод
- Водный баланс и режим подземных вод
- Водный баланс подземных вод
- 5.5.2. Водный режим зоны аэрации
- Режим грунтовых вод
- Провинции: а — кратковременного питания, б— сезонного питания, в — круглогодичного питания (I—XII — месяцы)
- Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Роль подземных вод в питании рек.
- Практическое значение и охрана подземных вод
- Глава 6 гидрология рек
- Реки и их распространение на земном шаре
- Водосбор и бассейн реки
- По линии а — б:
- Сток; 8 — русла рек
- Морфометрические характеристики бассейна реки
- Физико-географические и геологические характеристики бассейна реки
- Река и речная сеть
- Долина и русло реки
- Продольный профиль реки
- Плес; Пр — перекат
- Питание рек
- Виды питания рек
- Классификация рек по видам питания
- Расходование воды в бассейне реки
- Водный баланс бассейна реки
- Уравнение водного баланса бассейна реки
- Структура водного баланса бассейна реки
- Водный режим рек
- Виды колебаний водности рек
- 1 Числитель — данные за 1942—1955 гг., знаменатель — за 1956—1969 гг. 2 Данные за 1941— 1967 гг. 3 Данные за 1968—1987 гг. Прочерк означает отсутствие данных.
- Фазы водного режима рек. Половодье, паводки, межень
- Расчленение гидрографа по видам питания
- Классификация рек по водному режиму
- Типы: а — дальневосточный (р. Витим, г. Бодайбо, 1937 г.); 6 — тянь-шанский (р. Терек, с. Казбеги,
- 1937 Г.) (I—XII — месяцы)
- Речной сток
- Составляющие речного стока
- Факторы и количественные характеристики стока воды
- Пространственное распределение стока воды на территории снг
- Движение воды в реках
- Распределение скоростей течения в речном потоке
- Динамика речного потока
- Закономерности трансформации паводков
- Движение речных наносов
- Происхождение, характеристики и классификация речных наносов
- Частиц, мм 1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001
- Движение влекомых наносов
- Движение взвешенных наносов
- Сток наносов
- И связи между ними (б):
- Русловые процессы
- Физические причины и типизация русловых процессов
- Микроформы речного русла и их изменения
- Мезоформы речного русла и их изменения
- Макроформы речного русла и их изменения
- Деформации продольного профиля русла
- Устойчивость речного русла
- Термический и ледовый режим рек 6.12.1. Тепловой баланс участка реки
- Ледовые явления
- Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек
- Гидрохимический режим рек
- Гидробиологические особенности рек
- Устья рек
- Факторы формирования, классификация и районирование устьев рек
- С блокирующей косой
- Особенности гидрологического режима устьевого участка реки
- Особенности гидрологического режима устьевого взморья
- Практическое значение рек. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек
- Практическое значение рек и типизация хозяйственных мероприятий, влияющих на речной сток
- Влияние на речной сток хозяйственной деятельности на поверхности речных бассейнов
- Влияние на речной сток хозяйственной деятельности, связанной с непосредственным использованием речных вод
- 2 4 6 8 1012141618202224 Часы
- 6.15.4. Гидролого-экологические последствия антропогенных изменений стока рек
- Глава 7 гидрология озер
- 7.1. Озера и их распространение на земном шаре
- Профиль берега
- Водный баланс озер
- Уравнение водного баланса озера
- Структура водного баланса озера
- Водообмен в озере
- Колебания уровня воды в озерах
- Термический и ледовый режим озер
- Тепловой баланс озер
- Термическая классификация озер
- Термический режим озер в условиях умеренного климата
- Ледовые явления на озерах
- Основные особенности гидрохимических и гидробиологических условий. Донные отложения озер
- Гидрохимические характеристики озер
- Гидробиологические характеристики озер
- Наносы и донные отложения в озерах
- Водные массы озер
- Изменения гидрологического режима каспийского и аральского морей
- Проблемы, связанные с судьбой Каспийского и Аральского морей
- Каспийское море
- Влияние озер на речной сток. Хозяйственное использование озер
- Глава 8 гидрология водохранилищ
- Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре
- Типы водохранилищ
- Основные характеристики водохранилищ
- Водный режим водохранилищ
- Термический и ледовый режим водохранилищ
- Гидрохимический и гидробиологический режим водохранилищ
- Заиление водохранилищ и переформирование их берегов
- Водные массы водохранилищ
- Влияние водохранилищ на речной сток и окружающую природную среду
- Глава 9 гидрология болот
- Происхождение болот и их распространение на земном шаре
- Типы болот
- Строение, морфология и гидрография торфяных болот
- Развитие торфяного болота
- Фазы: 7 —низинная; 2—переходная; 3— 6— верховая;
- Водный баланс и гидрологический режим болот
- Влияние болот и их осушения на речной сток. Практическое значение болот
- Глава 10 гидрология океанов и морей
- Мировой океан и его части. Классификация морей
- Происхождение, строение и рельеф дна мирового океана. Донные отложения
- Происхождение ложа океана
- Рельеф дна Мирового океана
- Донные отложения
- Водный баланс мирового океана
- Солевой состав и соленость вод океана
- Солевой состав вод океана
- Распределение солености в Мировом океане
- Термический режим мирового океана
- Тепловой баланс Мирового океана
- Распределение температуры в Мировом океане
- 2,7 3,8 5,5 4,4 2,9 2,2 Южное полушарие
- Факторы, определяющие плотность морской воды
- Распределение плотности в Мировом океане
- Морские льды
- Ледообразование в море
- Физические свойства морского льда
- Движение льдов
- 10.7.4. Ледовитость океанов и морей
- Оптические свойства морской воды
- Акустические свойства морской воды
- Волны зыби
- Деформация волн у берега
- Волны цунами
- Внутренние волны
- Приливы
- Основные элементы приливов
- Приливообразующая сила
- Статическая и динамическая теории приливов. Строение приливной волны и приливные течения
- Разложение уравнения приливной волны. Гармонические постоянные. Таблицы приливов
- Приливы в ограниченном водоеме. Сейши
- Морские течения
- 10.12.1. Силы, формирующие течения. Классификация морских течений
- Теория ветровых течений
- Течение
- Плотностные течения
- Циркуляция вод в Мировом океане
- Уровень океанов и морей
- Кратковременные колебания уровня
- Сезонные колебания уровня
- Водные массы океана
- Основы учения о водных массах
- Основы г, s-анализа водных масс
- Водные массы Мирового океана
- Взаимодействие океана и атмосферы. Океан и климат
- Ресурсы мирового океана и его экологическое состояние
- Ресурсы Мирового океана
- Литература Основная
- Богословский б. Б. И др. Общая гидрология,— ji.: Гидрометеоиздат, 1984,—356 с.
- VI Всероссийский гидрологический съезд. 28 сентября — 1 октября 2004 г. Санкт- Петербург. Тезисы докладов. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004.
- Типы рек