Жылу балансының құрамдас бөліктері.

Су объектісінің жылу балансында жылудың су қоймасына келіп т‰су бағытына сәйкес ‰ш түрлі жылу ағыны бөлінуі м‰мкін:

1. К‰н радиациясының су қоймасының бетінде жұтылуы негізінде су бетімен жылу алмасу S р арқылы ж‰реді; судың өзінің сәулеленуі S и; суда атмосферадан шыққан қарсы сәулеленудің жұтылуы S а; атмосферамен конвекция нәтижесінде жылу алмасу (турбуленттік жылу алмасу) P; судың булануы немесе конденцациясы кезінде жылу алмасу S ис; су бетіне жауған жауын-шашын арқылы жылу алмасу S ос.

Өтпелі кезеңдерде, яғни судың қатуы және сең ж‰ру кезеңдерінде жоғарыда

аталғандарға қоса мұздың еруіне жұмсалатын жылу және мұз пайда болғанда бөлінетін жылу S л да мұнда жатады.

2. Су _垣=_| т‰бімен・ жылу алмасу S дно, сондай-ақ грунт суларымен жылу алмасу S гр.

3. Су қоймаларына құятын салалар арқылы жылу алмасу S пр, немесе басқа жерден ақаба судың қосылуы нәтижесінде жылу алмасу S ст; су объектісінде судың қозғалысынан механикалық энергияның жылу энергиясына айналуы кезінде бөлінетін жылу S дин, сондай-ақ суда ж‰ріп жaтатын биологиялық және биохимиялық процестерден бөлінетін жылу S б.

Теңдеудің жалпы т‰рі. Су массасындағы жылу мөлшерінің өзгеруі және жылу балансының кіріс және шығыс бөліктерінің қатынасы жылу балансы теңдеуімен сипатталады. Теңдеу келесі т‰рде жазылуы м‰мкін:

S р − S и + S а ± P ± S ис ± S ос ± S л ± S дно ± S гр + S пр − S ст + S дин + S б = ± Δ S, (5.1)

мұнда Δ S - су қоймасында жылу мөлшерінің өзгеруі.

Жылу балансын есептеу жұмыстарында бұл теңдеудегі физикалық мағынасы бірдей бірқатар м‰шелерін біріктіру ыңғайлы болып келеді. Жалпы қабылданған жылу балансының теңдеуінің қысқартылған т‰рі келесідей жазылады:

R = LE + B + P, (5.2)

мұнда R = S р− S и+ S а – судың радиациялық балансы; LE − жылудың буға жұмсалуы (Sис);

P − судың беткі қабаты мен атмосфера арасындағы турбуленттік жылу алмасу;

B = S пр− S ст± S дно±Δ S − су қоймасындағы жылу аккумуляциясы.

Бұл жағдайда шамалары өте төмен болып келетіндіктен жылу балансының S ос, S гр, S б м‰шелері есептеулерде ескерілмейді. Су объектісінің ерекшеліктеріне байланысты S дин шамасы және маусымға байланысты S л шамасы қажетті жағдайда ғана ескеріледі.

19.Көлдердегі жылу қорын есептеу. Ф.Форель, Хальбфасс, С.Д. Муравейский әдістері.

Көлдердің жылу қорын есептеу. Форель 1912 ж көлдердің шартты жылу қорын қимасы 1 см ² және биіктігі сол нөлдік ең жоғарғы тереңдігіне тең. Судыңы тік бағанының жылуы өзінде сақтауына тең жылуға тең ретінде анықтайды. Форель әдісі көл қазаншұңқыры пішінін ескермейді. Сондықтан әсіресе қрыс емес пішінді көлдерге бұрмаланған жылу қоры мәліметтері жөнінде түсінік беруі мүмкін. Бұл жетіспеушілік Бердан және Джеди 1932 жыл жылу қорын есептегенде көлдің орташа тереңдігін қолдануға ұсыну арқылы біршама жөндеу енгізді.

Хальфасе ұсыныс бойынша 1910 жылы көлдегі барлық судың көлемі үшін жылу қорын оның қабаттарындағы орташа температурадан сол қабаттағы ауданын көбейтіп ол көбейтінділері біртіндеп қосу арқылы табуға болады. Бұл әдіс өте дұрыс мәндерді алуға мүмкіндік береді, бірақ температураның терңдігі бойынша өзгеру жөнінде мәліметтер алу көп еңбекті қажет етеді. С.Т Моравейский 1955 жылы жылу қорын есептеудің графиктік тәсілін жасады. Ол үшін координаталар қоры орналасып оның вертикальді осіне судың көлемі, ал горизонталь осіне әр түрлі тереңдіктерге сәйкес су көлемінің жылу мөлшері салынады, яғни

S = cρt

Тұщы су үшін жылу сыйымдылыгы С және тығыздығы 1-ге тең деп қабылдауға болатындықтан бірлік көлеміндегі жылу мөлшері температураның мәніне тең болады. Барлық есептеулер график түрінде жүргізіледі. Температураның өзгері тереңдігіне байланысты графигін одан әрі су көлеміне келетін жылу қорын табамыз.

Координаталар остері және S=F(V) қисығы арасын планиметрлеу арқылы су қоймасының жиынтық жылу қорын табамыз. Алынған нәтижелердің дәлдігі су температурасының және тереңдіктерін анықтаудың дәлдігімен анықталады. Өзендердің жылу ағындысы өзендерде арна бойымен температурасының таралуы практикалық бір келкі деуге болады, белгілі көлденең қмиасында су көлемін анықтау қиын емес. Сонда берілген тұстама үшін жылу қоры былай есептеледі.

Ө=сρQtT

мұнда t- тұстама үшін орташа судың температурасы, Т-уақыт интервалы

20. Су температурасының маусымдық өзгерісі. Көктемгі жылыну, жаздық қызу, күзгі салқындау және қыстық салқындау кезеңдері

Су объектісінде жылу алмасу негізінен судың беткі қабаты арқылы жүреді. Судың және оның түбінің температураларының, сондай-ақ грунттық қоректену көзінің температураларының айырмашылықтары арқылы су объектілерінде су түбімен де жылу алмасу жүреді. Бірақ, су объектісінде жылу алмасудың жылдық өзгерісін анықтайтын шешуші фактор метеорологиялық жағдайлар болып табылады. Олардың жыл бойы және маусым ішінде өзгеруі су қабаттарында жылу алмасу қарқындылығын, жылу ағынының бағытын анықтайды. Жылдық циклмен қайталанып отыратын метеофакторлар су қоймаларының жылдық термикалық циклін қалыптастырады. Жалпы жағдайда су объектісінің жылдық термикалық циклін 5 кезеңге (периодқа) бөлуге болады, олар: көктемгі жылыну (нагревание), жаздық жылыну (нагревание), к‰здік салқындау (охлаждение), қысқы суыну (остывание) және қысқы жылыну (нагревание) кезеңдері.Жылдық циклдің әр кезеңі ‰шін су қоймаларындағы жылу ағымының өзіндік басым бағыты және соған сәйкес судың араласуының ерекше жағдайы, су температурасының вертикаль және аудан бойынша таралуы тән.

Көктемгі жылыну кезеңі. Бұл кезең нәтижелік ауа жылу ағынының суға қарай бағытталуынан басталып, судың жылынуынан туатын конвективтік араласуды тоқтататын су температурасының судың максимал тығыздығын орнататын шамасына, яғни 40С-қа жетуімен аяқталады. Мұз қатып жатқан су қоймасында егер к‰н радиациясы мұз жамылғысы арқылы өтетін болса, онда көктемгі жылыну кезеңі мұз құрсауы жатқан кезден басталуы мүмкін. Бұл кезде күн сәулесі судың беткі қабатын жылыту арқылы су температурасының максимал мәнін судың беткі қабатында орнатып, температураның тереңдік бойымен тұрақсыз таралуын орнатады. Циркуляцияның бұл бағыты су объектісінде сең жүргеннен кейін де бірқатар уақытқа дейін сақталады. Бұл кезеңде вертикаль жүретін циркуляция судың ‰лкен қабаттарын қамтитындықтан судың терең қабаттарының оттегімен қанығуын орнатады.Температураның вертикаль бойымен таралуы су қоймасында температураның су түбінде +4оС шамасынан аспайтын өсуімен сипатталатын кері стратификацияны немесе барлық вертикаль бойымен бірдей температураның орын алуымен сипатталатын – гомотермияны орнатады. Осыған сәйкес судың көктемгі жылынуының екі фазасын бөлуге болады: кері стратификация жағдайындағы жылыну және гомотермия жағдайындағы жылыну. Бұл фазалардың орнауы және барлық көктемгі жылыну периодының созылу ұзақтығы су объектісінің өзіндік ерекшеліктеріне байланысты болып келеді.

Жаздық жылыну кезеңі. Бұл кезең судың максимал тығыздығы байқалатын температура (+4оС) орнағаннан басталады да, су қоймасында температураның максимал мәні байқалғанға дейін созылады, яғни су объектісіне келіп т‰сетін жылу шамасы оның бетінен шығындалатын жылу шамасына теңелген кезге дейін жалғасады. Су бетінің тез жылынуы оның беткі қабаттарының тығыздығының төмендеуіне әкеп соқтырады, ал бұл құбылыс судың беткі қабатының оның тығыздығы жоғары төменгі қабаттарымен араласуына кедергі келтіреді. Осы кезде су объектісінде тура температуралық стратификация деп аталатын құбылыс орнайды. Беткі қабаттарының жылдам араласуы (желмен, толқынмен, т.б.) және тереңдік бойымен тығыздықтың өсуіне байланысты вертикаль араласу процесі қарқындылығының төмендеуі жаз мезгіліне тән су массасын вертикаль бойымен өзіндік термикалық, химиялық, биологиялық және жарықтық режимдерге ие ‰ш зонаға бөлінуіне әкеліп соқтырады. Олар: эпилимнион – температурасы жоғары болып келетін судың беткі қабаты, жақсы жылынатындықтан және араласатындықтан бұл қабатта су температурасы тереңдік бойымен аз өзгереді; металимнион – температурасы және тығыздығы жоғары градиентті болып келетін секірме қабат (слой скачка) деп аталатын судың орта қабаты. Бұл қабатта температураның айырмашылығы 200С-қа, ал температуралық градиент 1 м-де 8-100С-қа жетуі м‰мкін; гиполимнион – т‰пкі салыстырмалы алғанда салқын қабат, мұнда араласу процесі ж‰рмейді деуге болады, температураның жоғарыдан төмен қарай біртіндеп кемуімен сипатталады.

Күздік салқындау кезеңі. Бұл кезең жылу ағынының судан атмосфераға бағытталуы орнағаннан басталып (су температурасының максимумы өткеннен кейін) судың максимал тығыздығы орнайтын температураның орнығуымен аяқталады. Су температурасының тереңдік бойымен таралуында бұл кезең тура стратификацияның бұзылуымен сипатталады. Одан әрі салқындау барысында тереңдік бойымен температураның түзелуі байқалады, секіру қабаты жоғалады, сөйтіп күздік гомотермия қалыптасады. Кезең судың араласуына қолайлы, терең көлдерде конвективтік-желдік араласу қабаты 200 – 300 м-ге жетеді, ал терең емес көлдерде араласу процесі көлдің т‰біне дейінгі тереңдікті қамтиды, соның нәтижесінде су қабаттарын оттегімен байытады. Кезеңнің ұзақтығы күзгі суықтың түсу уақытымен, көлдің тереңдігімен және судағы жылу қорымен анықталады.

Қыстық суыну кезеңі. Бұл кезең күзде көлдерде орныққан күздік гомотермияның (температурасы +4оС-тан жоғары емес) орнайтын және беткі қабаттарда температураның төмендеуі байқалатын кері температуралық стратификацияға (температураның максимал мәні су түбінде) ауысу сәтінен басталады. Желдік және турбуленттік араласу бұл кезеңде судағы жылу шығынының тез жүруіне әсер етеді.

Қыстық суыну кезеңінің екі фазасын бөліп айтуға болады: а) су беті ашық жағдайда суыну; б) мұз жамылғысы астында суыну.

Бұл екі фазада судың салқындау қарқындылығы әр түрлі, әсіресе атмосферамен жылу алмасу мұз жамылғысының үстінде қар жатқанда күрт төмендейді. Қысқы жылыну кезеңі. Бұл кезең мұз жамылғысы орнағаннан кейін тек су түбінен жылудың келіп түсуінен басталады. Егер су т‰бінен келген жылу су бетінің жоғалтатын жылудан артық болса, түпкі су қабаттарының жылынуы байқалып, кері стратификацияның сақталуына әсер етеді. Су т‰бінің жылу беруі баяу жүреді және барлық қыс уақыты бойына созылып, көктем басталғанда жылу қорының азаюына байлаысты оның қарқындылығы өте төмендейді. Қыс кезіндегі су түбінен жылу алмасу жылу балансының маңызды мүшесі болып табылады.

\

21. Су бетіне түсетін жиынтық күн радиациясын есептеу. Су бетінің сәулеленуі (излучение). Стефан-Больцман заңы.

Дата добавления: 2015-07-11