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,;

100 ;

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.),

3. 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;

3) 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 К₂Cr₂O_7, 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 + 3O_2;

3O₂ + 3C (гумуса) = 3CO_2.

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 0,10 362 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;

k_{исп. -} потери на испарение — 0,10;

k_ф. — потери на фильтрацию — 0,09;

V_потр. — необходимый объем потребления — 0,89 м³/год;

Район — Западная часть лесостепной зоны европ. части СНГ;

k — поправочный коэффициент на малую площадь водосбора, k = 0,70;

k_p — модульный коэфф-т при необходимой обеспеченности р;

31,5•10³ — коэффициент, учитывающий число секунд в году и перевод литров в кубические метры;

С_v — вариация годового стока.

Решение:

1. Находим вариацию годового стока по уравнению:

C_v = 0,78 — 0,29•lgq — 0,063•lg (F + 1) lg1,6 = 0,2041

С_v = 0,78−0,29•lg1,6 — 0,063•lg (9+1) lg10 = 1

C_v = 0,78−0,29•0,2041;0,063•1

C_v = 0,78−0,0592−0,063= 0,6578?0,7

2. Определяем модульный коэффициент k_p. Он находится в зависимости от необходимой обеспеченности р и вариации годового стока С_v. k_p = 1,014, так как р = 40% и С_v = 0,7.

3. Отсюда можно определить объем воды, поступающий за год в водохранилище:

V_прих. = 31,5•10³ F q k k_p (м³/год),

V_прих. = 31,5•10³•9•1,6•0,70•1,014? 322•10³м³.

4. Определив количество поступающей воды в водохранилище, можно найти её потери:

V_потерь = (k_исп.+k_ф.)•V_прих.

V_потерь = (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:

V_прих. — V_потерь = 322•10³•61,18•10³ = 260,82•10³м³?0,26 млн. м³/год

6. После этого проводится сравнение полученного объема с необходимым объемом потребления V_{потреб.}

V_{потреб.} = 0,89 млн. м³/год V_{накоп.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))/t^1/3,

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;

Р_н — 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/P_н

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

4. Определяем температуру воздуха на уровне моря, учитывая, что в среднем в тропосфере t увеличивается с уменьшением высоты с градиентом 0,6 на 100 м

t_у.м. = t_н + 0,6Н/100

t_у.м. = 18 +

5.

_н + t_у.м.)/2

t =

6.

_у.м. можно определить по формуле:

Р_у.м. = Р_н +____

Р_у.м. = 978,6 + 46,5 = 1025,1 гПа.

Ответ: Р_у.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%.