Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ГИ)"

Гидробиология

Гидробиоло'гия (от гидро... и биология), наука о населении водной среды, о взаимоотношении его с условиями обитания, значении для процессов трансформации энергии и вещества и о биологической продуктивности океана, морей и внутренних вод. Г. – преимущественно экологическая наука. Условия жизни в водной среде определяются физико-географическими особенностями водоёма, многие из которых, например химический состав воды, в особенности состав биогенных элементов и растворённых газов и их количество, характер донных отложений, прозрачность воды и др., находятся под сильным влиянием водных организмов и часто определяются их жизнедеятельностью. Поэтому в той мере, в какой Г. изучает значение жизненных явлений в общей совокупности взаимообусловленных процессов в водной среде, она имеет общие задачи с комплексными географическими дисциплинами – лимнологией и океанологией. На этом уровне исследований решаются такие проблемы, как биологическая структура океана, биолимнологическая и биоокеанологическая типология водоёмов и водных масс, закономерности круговорота вещества и потока энергии.

  Видное место в Г. занимает разработка научных основ рациональной эксплуатации биологических ресурсов водной среды, многими путями связанная с запросами морского и пресноводного рыбного хозяйства, прудового рыбоводства, промысла водных беспозвоночных животных и млекопитающих (рыбохозяйственная, или промысловая, Г.). Другим направлением практического приложения Г. и стимулом её развития служит комплекс биологических вопросов, связанных с использованием континентальных поверхностных пресных вод для питьевого и промышленного водоснабжения, охраной природных вод от загрязнений, изучением процессов самоочищения загрязнённых вод и методов биологической очистки сточных вод (санитарная Г.). Методы Г. используются для оценки степени загрязнения воды по наличию определенных индикаторных организмов (биологический анализ качества вод). Изучается значение водных организмов как агентов процесса самоочищения. Смежные вопросы, касающиеся главным образом биологических помех водоснабжению и эксплуатации судов (обрастание микроорганизмами и прикрепленными животными корпусов судов, различных аппаратов и гидротехнических устройств, труб и водоводов тепловых электростанций, зарастание водохранилищ водными растениями, повреждение судов и портовых сооружений древоточцами и камнеточцами), относят к технической Г. Возникают и новые задачи; например, выявление влияния планктона на поглощение и рассеивание звука – сведения, необходимые гидроакустикам. Иногда выделяют навигационную Г., изучающую биологические помехи эксплуатации флота, включая биолюминесценцию, и сельскохозяйственную Г., к которой относят, например, изучение роли гидробионтов в удобрении рисовых полей и разведении рыб в этих водах.

  Природные сообщества водных организмов, составляющие население водной среды, стали систематически исследоваться только со 2-й половине 19 в., что и привело в дальнейшем к обособлению Г. от ботаники и зоологии, издавна занятых изучением как наземных, так и водных организмов. Для формирования Г. как науки, имеющей свой объект изучения, свои методы и задачи, большое значение имели первые количественные исследования специфичной для водной среды жизненной формы – планктона (главным образом мелкие организмы, обитающие в толще воды), начатые в 80-е гг. 19 в. немецким учёным В. Ганзеном. На примере Кильской бухты он показал необходимость количественных сведений о планктоне как источнике пищи для промысловых рыб и основы биологической продуктивности моря. Позднее, но также главным образом в интересах развития рыбного хозяйства, было начато количественное изучение организмов, обитающих на дне водоёмов, – бентоса. Количественные исследования бентоса получили общее распространение после того, как были применены приборы для взятия проб – дночерпатели, впервые предложенные в 1911 для морских исследований датским учёным К. Петерсеном и для пресноводных – шведским учёным С. Экманом.

  Количественные методы исследования природных сообществ водных организмов, служащие для определения численности (плотности) особей отдельных видов и их биомассы, получили в Г. самое широкое распространение. Для этой цели применяют многие специальные гидробиологические приборы (планктонные сети, планктоноуловители, планктоночерпатели, дночерпатели различных конструкций и др.).

  Помимо планктона и бентоса, были выделены также такие характерные для водной среды жизненные формы, как нектон, к которому относят достаточно крупных активно плавающих животных, способных преодолевать течения (рыбы, кальмары и др.). Сообщества животных и растительных организмов, характерных для поверхности вод, граничащих с атмосферой, называют нейстоном. Полуводные погружённые организмы образуют плейстон, бегающие или лежащие на поверхностной плёнке – эпинейстон, живущие под плёнкой, но тесно с ней связанные – гипонейстон.

  Сообщества организмов, живущих на поверхности погруженных предметов, называют перифитоном, или обрастанием.

  Первый преимущественно флористический, фаунистический и биогеографический этап исследований по Г. связан с необходимостью изучения видового состава и распределения населения морей и внутренних вод. Эта задача, в особенности по отношению к менее изученным районам и систематическим группам организмов, до сих пор не потеряла своего значения. Выполнена огромная работа по изучению состава населения пресных вод и морей. Материалы собирались главным образом во время экспедиций. Выдающееся значение имела английская морская экспедиция на судне «Челенджер» (декабрь 1872 – май 1876), положившая начало изучению жизни на больших глубинах. Начиная с последней четверти 19 в., во многих странах учреждались морские и пресноводные биологические станции, что создало новые возможности для углублённых круглогодичных гидробиологических исследований.

  Сов. Г. широко использует как экспедиционные работы, так и углублённые стационарные исследования. Для развития пресноводной Г. большое значение имели работы В. М. Арнольди, А. Л. Бенинга, Г. Ю. Верещагина, В. Н. Воронкова, В. И. Жадина, С. Г. Лепневой, В. М. Рылова, Д. О. Свиренко и многие др. и исследования, проведённые в 20-х и 30-х годах на Косинской и Глубокоозёрской биостанциях под Москвой (Л. Л. Россолимо, С. И. Кузнецов, Г. Г. Винберг, Е. В. Боруцкий, Г. С. Карзинкин и др.), байкальской биостанции Иркутского университета (М. М. Кожов). Ещё в 1-е десятилетие 20 в. в морских научно-промысловых экспедициях Н. М. Книповича, в работах С. А. Зернова и К. М. Дерюгина были заложены основы русских морских гидробиологических исследований. В советское время они получили самое широкое развитие начиная с работ по изучению Баренцева м., проведённых под руководством И. И. Месяцева и Л. А. Зенкевича в 20-е гг. Плавучим морским научным институтом, созданным в 1921 по декрету, подписанному В. И. Лениным. Большие достижения советских морских гидробиологических исследований (с участием В. Г. Богорова, В. А. Водяницкого, Е. Ф. Гурьяновой, П. И. Усачёва, А. А. Шорыгина, В. А. Яшнова и мн. др.), обобщённые в книге Л. А. Зенкевича (1963), пользуются мировым признанием. Особенно значительны результаты проведённых на «Витязе» (начиная с 1949) исследований Тихого и Индийского океана, на «Оби» – в антарктических водах, на «М. Ломоносове» – в Атлантическом океане и на др. исследовательских судах. В итоге было получено представление о биологической структуре и продуктивности, собраны обширные материалы по систематике и распределению фауны и флоры Мирового океана.

  По мере накопления сведений о составе населения разных водоёмов внимание направлялось на выяснение экологических условий формирования определённых биоценозов и обитания отдельных видов водных организмов. Этот этап развития Г. отражён в книге С. А. Зернова «Общая гидробиология» (1934,2 изд., 1949), сыгравшей большую роль в развитии советской Г.

  В Г. много внимания уделяется развитию представлений о значении биологических явлений для классификации природных вод, теории биологической продуктивности, закономерностям биотического круговорота веществ и потока энергии в водных сообществах.

  На очереди гидробиологических исследований стоит выяснение функционального значения водных организмов в протекающих в водной среде процессах, что необходимо для управления биологической продуктивностью и процессами самоочищения и для рационального использования биологических ресурсов. Функциональные особенности водных организмов могут быть выяснены только с помощью экспериментальных исследований обмена веществ, роста, питания, химического и биохимического состава водных организмов. Для развития этого направления исследований в сов.етскойГ. большое значение имели работы Н. С. Гаевской, В. С. Ивлева, С. Н. Скадовского.

  Решение ряда гидробиологических вопросов нередко требует исследований на самых разных уровнях – от молекулярного, клеточного и организменного до популяционного и биоценотического. Например, при выяснении причин чрезмерного развития фитопланктона, т. н. цветения воды, необходимо, с одной стороны, принимать во внимание взаимодействие разных видов водорослей и микробов через выделяемые в воду специфические метаболиты, с другой – круговорот биогенных элементов (азот, фосфор и др.), зависящий от свойств водоёма в целом и от стока с его водосборной площади.

  Закономерная взаимозависимость всех явлений в водоёме, являющемся целостным природным объектом, была подчёркнута в конце 19 в. и начале 20 в. в классических работах швейцарского лимнолога Ф. Фореля. В 20-х гг. 20 века А. Тинеман (Германия) и Э. Науман (Швеция) показали возможность подразделения озёр, как и др. водоёмов, на биолимнологические типы (олиготрофный, эвтотрофный и др.). Проблема типологии и классификации природных вод продолжает разрабатываться.

  Большая сложность и разнородность природных явлений, с которыми имеет дело Г., привели к использованию многих методов исследования; например, радиоуглеродный метод измерения интенсивности фотосинтеза планктона, предложенный датским учёным Е. Стеман-Нильсоном, с помощью которого уже получены данные, позволяющие судить о первичной продукции океана и гидросферы в целом; спектрофотометрические методы определения содержания хлорофилла в планктоне; методы изучения роли водных бактерий (главным образом советские учёные Э. Л. Исаченко, В. С. Буткевич, А. С. Разумов, С. И. Кузнецов, Ю. И. Сорокин и др.). При морских и некоторых пресноводных исследованиях взятие проб и наблюдения ведутся с помощью аквалангистов, на больших глубинах применяется подводное телевидение и фотографирование, с помощью эхолотов (см. Биогидроакустика) прослеживается распределение планктона и др. водных организмов; новейшие физические методы используются для изучения биолюминесценции в глубинах моря, для понимания взаимосвязи процессов, идущих в водных экосистемах, привлекается метод математического моделирования, применяются ЭВМ.

  Для Г., особенно в СССР, характерно возрастающее влияние теоретических исследований на решение вопросов непосредственного практического значения. Гидробиологические знания и методы широко используются для оценки кормовой базы водоёмов как основы их рыбопродуктивности, при промысловой разведке, при рыборазведении. Большой успех Г. в СССР позволил приступить к активным методам воздействия на биологическую продуктивность водоёмов. В предвоенные годы под руководством Л. А. Зенкевича был проведён эксперимент по обогащению донной фауны Каспийского моря, куда был вселён многощетинковый червь нереис, который играет важную роль в питании осетровых рыб. Успешно проведена акклиматизация кормовых организмов, главным образом ракообразных (мизиды и др.), во многих водохранилищах и некоторых озёрах, например в оз. Балхаш. В результате гидробиологических исследований предложены новые методы повышения рыбопродуктивности прудов путём внесения минеральных удобрений, которые вошли в практику прудового рыбоводства и существенно способствовали повышению его производительности. В области санитарной Г. развёртывается изучение влияния на водные организмы и их сообщества токсических веществ промышленных стоков, механизма биологического самоочищения вод и др. вопросов, относящихся к актуальной проблеме обеспечения растущих потребностей человечества в чистой воде.

  На внутренних водоёмах СССР гидробиологические исследования ведутся институтом биологии внутренних вод АН СССР, Гидробиологическим институтом АН УССР, Лимнологическим институтом Сибирского отделения АН СССР, Государственным научно-исследовательским институтом озёрно-речного хозяйства (ГосНИОРХ), Зоологическим институтом АН СССР, университетами (Московским, Казахским, Саратовским, Белорусским, Иркутским и др.) и многими др. учреждениями. Гидробиологическое изучение внутренних водоёмов, в особенности оз. Байкал, Каспийского моря и Аральского м., водохранилищ на Волге, Днепре и др. реках, привело к важным результатам. С 1965 АН УССР издаёт «Гидробиологический журнал» (Киев).

  Исследования по морской Г. в широких масштабах ведутся институтом океанологии АН СССР (ИОАН), институтом биологии южных морей АН УССР (ИНБЮМ), Всесоюзным научно-исследовательским институтом рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) и его бассейновыми институтами: Тихоокеанским (ТИНРО) во Владивостоке, Полярным (ПИНРО) в Мурманске, Атлантическим (АтлантНИРО) в Калининграде, Азово-Черноморским (АзчерНИРО), Зоологическим институтом АН СССР, университетами (например, Ленинградским, Одесским) и многими др.

  Из международных организаций наибольшее значение для Г. имеют: созданный в 1902 Постоянный международный совет по изучению моря (Копенгаген), издающий «Journal du Conseil» (с 1926), Международная ассоциация лимнологов, существующая с 1922 и регулярно созывающая конгрессы лимнологов (в 1971 состоялся 18-й конгресс). Старейший международный гидробиологический журнал – «Archiv für Hydrobiologie» (Stuttg., с 1906). Выходит также «Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie» (Lpz., с 1908). С 1956 в США издаётся международный журнал «Limnology and Oceanography».

  Лит.: Жизнь пресных вод СССР, т. 1—4, М., 1940—59; Жадин В. И., Методы гидробиологического исследования, М., 1960; Зенкевич Л. А., Фауна и биологическая продуктивность моря, т. 1, М., 1951; его же, Биология морей СССР, М., 1963; его же, Изучение фауны морей и океанов, в кн.: Развитие биологии в СССР, М., 1967; Винберг Г. Г., Гидробиология пресных вод, там же; Константинов А. С., Общая гидробиология, М., 1967.

  Г. Г. Винберг.

Гидробионты

Гидробио'нты (от гидро... и бионт), организмы, обитающие в воде; см. Водные животные и Водные растения.

Гидробиос

Гидроби'ос (от гидро... и греч. bíos – жизнь), совокупность организмов, населяющих водоёмы всего земного шара. Изучением Г. занимается гидробиология.

Гидробур

Гидробу'р, приспособление для образования струей воды лунок (скважин) под посадку саженцев и черенков винограда. Г. можно также использовать для глубинного полива, внесения растворов минеральных удобрений при подкормке и растворов пестицидов при борьбе с вредителями и болезнями корневой винограда и плодово-ягодных Г. (рис.) состоит из вертикальной трубы, на одном конце которой закреплена гидромониторная головка с наконечником, а на другом – поперечная трубка (рукоятка) со штуцером. К рукоятке присоединён шланг, по которому из резервуара в Г. под давлением поступает жидкость. В штуцере имеется клапан. При впуске жидкости в Г. клапан поднимают (открывают). Г. может работать от опрыскивателя, автоцистерны или жижеразбрасывателя.

Ручной универсальный гидробур: 1 – вертикальная труба; 2 – гидромониторная головка; 3 – поперечная трубка (рукоятка); 4 – шланг от резервуара; 5 – клапан.

Гидровзрывная отбойка

Гидровзрывна'я отбо'йка, способ разрушения угольного массива, при котором в шпур или скважину после введения заряда взрывчатого вещества через насадку нагнетают воду под давлением. В результате взрыва давление воды резко возрастает, и она, проникая в трещины, разрушает угольный массив.

Гидровскрышные работы

Гидровскрышны'е рабо'ты, удаление вскрыши на карьерах средствами гидромеханизации. См. также Вскрышные работы.

Гидрогенератор

Гидрогенера'тор (от гидро... и генератор), генератор электрического тока, приводимый во вращение гидротурбиной. Обычно Г. является явнополюсный синхронный генератор, ротор которого соединён с валом рабочего колеса гидротурбины. Конструкция Г. в основном определяется положением оси его ротора, частотой вращения и мощностью турбины. Мощные тихоходные Г. обычно изготовляются с вертикальной осью вращения (за исключением капсульных гидроагрегатов), быстроходные гидроагрегаты с ковшовой гидротурбиной – с горизонтальной осью вращения. Существуют также опытно-промышленные образцы Г. оригинальной конструкции (с фазным ротором, контрроторные, проточные и др.). В СССР из-за топологических и геологических особенностей рек большинство быстроходных генераторов устанавливают с вертикальной осью вращения.

  Г. подразделяются по мощности на Г. малой мощности – до 50 Мвт, средней – от 50 до 150 Мвт и большой мощности – свыше 150 Мвт и по частоте вращения – на тихоходные (до 100 об/мин) и быстроходные (свыше 100 об/мин). Отечественные и зарубежные Г. нормального использования имеют диапазон генерируемого напряжения от 8,8 до 18 кв; коэффициент мощности (cos j) от 0,8 до 0,95; кпд быстроходных Г. 97,5—98,8%, тихоходных – 96,3—97,6%.

  Первые советские Г. мощностью 7,25 Мвт были созданы в 1925 на заводе «Электросила» (Ленинград) для Волховской ГЭС им. В. И. Ленина. В начале 30-х гг. на Днепровской ГЭС были установлены Г. мощностью 65 Мвт, а в 1939—40 изготовлены для того времени крупнейшие по моменту вращения, габаритам и массе Г. для Угличской и Рыбинской ГЭС. Созданы уникальные Г. для Братской (1960) и Красноярской (1964) ГЭС мощностью 225 и 508 Мвт и капсульные Г. (20 Мвт) с водяным охлаждением для Череповецкой ГЭС; установлены обратимые гидроагрегаты на Киевской гидроаккумулирующей электростанции; в 1966 на заводе «Уралэлектротяжмаш» изготовлен опытный экономичный высоковольтный (110 кв) Г. мощностью 20 Мвт; проектируется (1971) Г. на 650 Мвт для установки на Саяно-Шушенской ГЭС.

  При конструировании и монтаже Г. особое внимание уделяют креплению вращающихся частей гидроагрегата и охлаждению обмоток ротора и статора. По расположению и конструкции опорного подшипника (подпятника) различают подвесные и зонтичные Г. В подвесном Г. опорный подшипник, воспринимающий все вращающихся частей гидроагрегата, а также осевое давление воды на рабочее колесо турбины, расположен выше ротора генератора, на верхней крестовине агрегата. В зонтичном Г. подпятник располагается под ротором генератора, на нижней крестовине или на крышке турбины; вал генератора вращается в двух или трёх направляющих подшипниках. Мощные тихоходные Г. обычно велики по размерам; для уменьшения их габаритов и снижения веса целесообразно зонтичное исполнение. Пример Г. зонтичного типа – гидрогенератор Красноярской ГЭС (рис. 1): частота вращения 93,8 об/мин, диаметр ротора 16 м и масса 1640 т. Для быстроходных Г. меньших габаритов предпочтительна конструкция подвесного типа, которая по сравнению с зонтичной обладает большей устойчивостью к механическим колебаниям ротора, имеет меньший диаметр опорного подшипника и проще в монтаже. Примером может служить гидрогенератор Братской ГЭС (рис. 2): частота вращения 125 об/мин, диаметр ротора 10 м, масса 1450 т.

  Для охлаждения крупных генераторов (до 300 Мвт) обычно применяется замкнутая система вентиляции: косвенная, или поверхностная, когда воздух обдувает обмотку с поверхности, и форсированная, когда воздух подаётся внутрь проводника с током или между проводниками. Значительно более эффективно охлаждение обмоток статора дистиллированной водой с форсированным воздушным охлаждением обмотки ротора. Применение форсированного охлаждения повышает коэффициента использования Г., снижает расход изоляции, меди и активной стали.

  Возбуждение Г. обычно осуществляется от вспомогательного генератора постоянного тока, установленного на валу; на крупных Г. имеется дополнительно подвозбудитель для возбуждения вспомогательного генератора. В некоторых случаях для этой цели используется синхронный генератор с выпрямителями, который одновременно служит и вспомогательным генератором.

  Лит.: Бернштейн Л. Б., Прямоточные и погруженные гидроагрегаты, М., 1962; Зунделевич М. И., Прутковский С. А., Гидрогенераторы, М. – Л., 1966; Костенко М. П., Суханов Л. А., Аксенов В. Н., Современные мощные гидрогенераторы, М., 1967; Электрические машины и аппараты. 1966—1967, М., 1968.

  В. А. Прокудин.

Рис. 2. Гидрогенератор (225 Мвт), установленный на Братской ГЭС.

Рис. 1. Гидрогенератор (508 Мвт), установленный на Красноярской ГЭС.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ГИ)"