Актуальные вопросы почвоведения, гидрологии и климатологии
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уральский
государственный лесотехнический университет
Кафедра
физико-химической технологии защиты биосферы
Контрольная
работа
По
дисциплине «Наука о Земле»
Исполнитель:
Кропотова В.А.
Екатеринбург
2011
Тема 1.
Почвоведение
Задача. Исходя из условий, определите содержание
в почве гигроскопической воды, карбонатов и гумуса.
· Определение гигроскопической воды.
Парообразная вода, поглощенная почвой из воздуха
и прочно удерживаемая на поверхности твердых частиц, называется
гигроскопической.
Перед определением тех или иных составных частей
почвы необходимо определить количество гигроскопической воды. И все вычисления
проводить на почву, не содержащую гигроскопической воды. Количество гигроскопической
воды вычисляют в процентах по формуле:
,
где a -
количество гигроскопической воды, взятой для анализа навески, г;
b - навеска
почвы, г.
Для вычисления тех или иных веществ
в сухой почве удобно пользоваться коэффициентом (поправкой на содержание
гигроскопической воды), на который умножают количество данного вещества,
полученного при анализе почвы. Коэффициент вычисляют по формуле:
К = 
,
где х - содержание гигроскопической
воды, %.
Решение:
= 
= 11,11%.
= 1,11.
Ответ: содержание гигроскопической
воды = 11,11%.
· Определение карбонатов.
Методы определения содержания карбонатов в почве
основаны на весовом и объемном определении СО2, вытесненного
при разрушении карбонатов. Объемный метод применим при высоком содержании
карбонатов. Согласно этому методу количество СО2 вычисляют по
формуле:
,
количество СО2, % к
сухой почве;
количество миллиэквивалентов в 25
мл исходного раствора кислоты (т. е. количество миллилитров HCL, умноженное
на нормальность раствора);
количество миллиэквивалентов
в 25 мл вытяжки (т.е. количество миллилитров NaOH, умноженное
на нормальность);
граммовое значение
миллиэквивалента СО2,;
- 
К - коэффициент пересчета на сухую
почву;
С - навеска почвы, соответствующая
25 мл вытяжки.
= 
= 
= 7,98%.
Ответ: количество СО2 = 7,98%.
2 карбонатов в
процентное содержание СаСО3 полученный результат умножают на
коэффициент 2,274.
· Методы изучения гумуса.
1. В состав гумуса входят 3 группы органических
соединений:
2. Вещества исходных органических остатков
(белки, жиры, углеводы, лигнин и т. д.),
. Гумусовые вещества.
Все методы изучения гумуса почвы можно разбить
на 3 группы:
1) Методы определения общего количества
органического вещества в почве;
2) Методы определения отдельных элементов,
входящих в состав гумуса;
) Методы определения отдельных групп
гумусовых веществ.
Определение количества гумуса по методу И. В.
Тюрина. Из образца почвы берут на аналитических весах навеску от 0,1 до 0,5 г.
Навеску переносят в коническую колбу вместимостью 100 мл и приливают из бюретки
10 мл 0,4 н. раствора К2Cr2O7,
приготовленного
в разведенной 1:1 серной кислоте. Содержимое колбы кипятят, часть
двухромовокислого калия при этом затрачивается на окисление гумуса по схеме:
2K2Cr2O7
+ 8H2SO4 = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3
+ 8H2O + 3O2;
3O2 + 3C (гумуса)
= 3CO2.
Затем содержимое колбы охлаждают, прибавляют 5-8
капель фенилантраниловой кислоты в качестве индикатора и титруют 0,2 н.
раствором соли Мора FeSO4∙(NH4)2SO4∙6H2O
до изменения темно-бурой окраски раствора через фиолетовую и синюю в
грязно-зеленоватую. Восстановление идет по уравнению:
K2Cr2O7
+ 6FeSO4
+ 7H2SO4
= Cr2(SO4)3
+ K2SO4+
3Fe2(SO4)3
+ 7H2O.
Экспериментально установлено, что 1 мл 0,2 н.
раствора соли Мора соответствует такому количеству хромовой кислоты, которое
окисляет 0,0010362 г гумуса или 0,0006 г углерода. Поэтому количество гумуса
вычисляют по формуле:
x - количество
гумуса, % к сухой почве;
a - число
миллилитров раствора соли Мора при холостом определении;
b - то же, при
обратном титровании после окисления гумус;
k - поправка на
нормальность раствора соли Мора, если он не точно равен 0,2 н.; 100 -
коэффициент для перевода на 100 г почвы;
К - коэффициент для пересчета на сухую почву
(поправка на содержание гигроскопической воды);
c - навеска почвы,
взятая для анализа, г.
= 
= 6,288%.
Ответ: содержание гумуса в
почве = 6,288%.
Тема 2.
Гидрология и гидрометрия
почва гумус вода давление
Задача 1. Исходя из условий,
определите возможность одногодового регулирования стока водохранилищем. Для
определения возможности одногодового регулирования стока водохранилищем
проводят балансовые расчеты между притоком воды в водохранилище и ее потерями в
нем, после чего сравнивают разницу с необходимой потребностью за год.
Условия:
q - норма
годового стока, 1,6 л/сек∙км2;
р - необходимая обеспеченность: 40%;
F - площадь
водосбора, 9 км2;
kисп. - потери
на испарение - 0,10;
kф. -
потери на фильтрацию - 0,09;
Vпотр.
- необходимый объем потребления - 0,89 м3/год;
Район - Западная часть лесостепной зоны европ.
части СНГ;
kp
- модульный коэфф-т при необходимой обеспеченности р;
,5∙103 - коэффициент,
учитывающий число секунд в году и перевод литров в кубические метры;
Сv
-
вариация годового стока.
Решение:
1. Находим вариацию годового стока по
уравнению:
Cv
= 0,78 - 0,29∙lgq
- 0,063∙lg(F
+ 1) lg1,6 = 0,2041
Сv
= 0,78-0,29∙lg1,6
- 0,063∙lg(9+1) lg10
= 1
Cv
=
0,78-0,29∙0,2041-0,063∙1
Cv = 0,78-0,0592-0,063=
0,6578≈0,7
2. Определяем модульный коэффициент kp.
Он находится в зависимости от необходимой обеспеченности р и вариации
годового стока Сv.
kp
=
1,014, так как р = 40% и Сv
= 0,7.
3. Отсюда можно определить объем воды,
поступающий за год в водохранилище:
Vприх.
= 31,5∙103 F
q k
kp
(м3/год),
Vприх.
= 31,5∙103∙9∙1,6∙0,70∙1,014
≈ 322∙103м3.
4. Определив количество поступающей воды в
водохранилище, можно найти её потери:
Vпотерь
= (kисп.+kф.)∙Vприх.
Vпотерь
= (0,10+0,09)∙322∙103 = 61,18∙103∙м3.
5. После определения притока и потерь воды
возможно определение объема воды, который может быть накоплен в течение года в
водохранилище:
Vприх.
- Vпотерь =
322∙103∙61,18∙103 = 260,82∙103м3≈0,26
млн. м3/год
. После этого проводится сравнение
полученного объема с необходимым объемом потребления Vпотреб.
Vпотреб. = 0,89 млн.
м3/год
Vнакоп.вода
=
0,26 млн м3/год.
Вывод: В
данном регионе водопотребители испытывают дефицит, так как объем потребления
больше, чем объем накопленной воды в водохранилище за год. Если в период
превышения стока над используемым расходом водохранилище наполняется, то в
период недостатка - срабатывается. Поэтому регулирование стока водохранилищем
не может положительно решить проблему потребления воды. При заполнении
полезного объема часть стока может быть сброшена вхолостую. Объемы превышения и
дефицита стоков над потреблением в расчетном маловодном году компенсируются
только в том случае, когда зарегулированный расход доведен до величины
среднегодового расхода рассматриваемого года. Такое регулирование стока
называется годичным.
Задача 2. Исходя из условий,
определите максимальную интенсивность ливня и слой осадков, который может
выпасть в районе г. Екатеринбурга.
Условия:
i -
интенсивность;
N -
повторяемость осадков - 10 лет;
А и В - параметры, зависящие от
рассматриваемого района;
А = 3,16, В = 3,12;
t -
продолжительность ливня, мин, 10 минут;
Решение:
1. Максимальная интенсивность
определяется по формуле Алексеева:
i = A+B lg(N), lg10 = 1.
i = 3,16+3,12∙lg10 = 6,28.
2. Слой выпавших осадков зависит от
интенсивности ливня и его продолжительности:
3.
Н 
(A+Blg(N))/t1/3,
Н = 
= 2,916 
Ответ: максимальная
интенсивность ливня = 6,28, слой осадков = 2,916
Тема 3.
Климатология и метеорология
Задача 1. По данным рассчитать
атмосферное давление на уровне моря.
Условия:
Р - среднее давление воздуха между
2-мяуровнями, гПа;
t - средняя
температура слоя, 
;
а - термический коэффициент
расширения газов, равный приближенно 0,004; n -
барическая ступень, м/гПа;
Рн - давление воздуха на
уровне станции = 978,6 гПа;
Р - разница в давлениях воздуха на
уровне моря и на уровне станции, гПа;
высота станции над уровнем моря =
400 м.
1. Сначала находим приближенное значение
барической ступени (n´)
по формуле:
n´
= 8000/Pн
n´
= 
= 8,2.
2.
Затем находим приближенные значения разницы в давлениях на уровне станции:
у.м. 
3. Среднее давление слоя воздуха между
уровнями моря и станции находим по формуле:
н у.м.)/2
. Определяем температуру
воздуха на уровне моря, учитывая, что в среднем в тропосфере t
увеличивается с уменьшением высоты с градиентом 0,6 на 100 м
tу.м.
= tн +
0,6Н/100
tу.м. = 18 + 
. 
н + tу.м.)/2
t = 
. 
у.м. можно
определить по формуле:
Ру.м. = 978,6 + 46,5 =
1025,1 гПа.
Ответ: Ру.м. =
1025,1 гПа.
Задача 2. Исходя из
данных, определите теплообеспеченность растений.
Дано:
Неустойчивый климат
Потребность культуры в тепле: 900.
Термические ресурсы района: 1200.
Решение:
1. Для определения теплообеспеченности
необходимо посчитать разность между потребностью тепла и термическим ресурсом:
900
- 1200 = - 300
2. Исходя из устойчивости климата, по кривой
обеспеченности (приложение 4) определяем теплообеспеченность растений: 86%
Ответ: 86%.