3.Водный режим озер

3.1. Водный баланс

Озеро живет, пока получает воду. Объем водной массы озера и его изменения зависят от поступления и потерь воды, т.е. от водного баланса озера. Приходная часть водного баланса озера складывается из поступления поверхностного и подземного стока с озерного водосбора и атмосферных осадков, выпадающих на поверхность самого озер. Расходная часть водного баланса складывается из поверхностного и подземного стока из озера, испарения с его поверхности.

Водный режим озера – это закономерное изменение его водности, выражающееся в колебание уровня озерных вод, которое, в свою очередь приводит к уменьшению или увеличению объема водной массы.

Различают сезонные годовые и многолетние колебания водного режима.

Изучая водный режим, можно определить составляющие водного баланса, узнать скорость внешнего водообмена озера и даже составить представление о многолетних климатических колебаниях конкретной местности.

Без изучения водного режима (хотя бы на протяжения 10 лет) и при отсутствие гидрологического поста использование водных ресурсов озера в хозяйственной деятельности недопустимо. Уровенный режим, зависит от сезонных изменений климата, проточности, строения котловины, физ. - географ.условий водосбора. По особенностям уровненного режима в Челяб. обл. можно выделить 2 группы озер: Крупные и Средние водоемы, для которых характерно интенсивное половодье (2-3 м), относительно резкое понижение уровня в последующем сильно проточные озера.

Водный баланс – сложившийся режим прихода и расходы воды в одном объекте. Годовой водный баланс рассчитывается по количеству осадков, объему притока в водоем, а так же по величине испарения и стока из него. В условиях среднего по увлажненности года в озера наблюдается равновесие приходной и расходной части, уровень озера остается неизменном. В реальности может наблюдаться добегание подземных вод прошлого года или, наоборот, повышенная разгрузка озерных вод в подземных водоносные горизонты, обусловленная понижением уровня грунтовых вод (предыдущая сухая осень).Поэтому расчет годового водного баланса проводятза достаточно большой период (3-10 лет), чтобы взять выявить средние показатели всех величин баланса. Вдальнейшим учитывают водно-климатические особенности местности (модуль стока), водную обеспеченность года и делают соответствующие корректировки.

3.2.Водообмен. Колебание уровня воды в озерах

Водообмен- совокупность физических процессов, приводящих к смене воды в водном объекте, замещению одних водных масс, находящихся в нем, другими водными массами (с иными свойствами), поступающими в него из сопредельных объектов гидросферы. Различают В. внешний и внутренний. Внешним В. логично называть обмен водного объекта (например, водоема) с атмосферой, с грунтами ложа (это его вертикальная составляющая) и с соседними участками гидрографической сети (горизонтальная составляющая). Интенсивность внешнего В. характеризуется всем количеством воды, учитываемым либо суммой приходных, либо суммой расходных компонентов водного баланса объекта. Они имеют размерность расхода воды (V км³/год или Q м³/c в среднем за расчетный период) либо удельной скорости поступления воды или ее потерь с единицы поверхности водного объекта в виде слоя h мм за год, месяц и т.д. Приводимое здесь определение термина «внешний» отличается от используемого некоторыми гидрологами, которые называют им соотношение величины V и запаса воды W в объекте гидросферы. Это соотношение имеет размерность времени R = W / V (год, секунда), а обратная ему величина К _в = V / Wхарактеризует кратность замены воды в объекте. Эти соотношения справедливы лишь в случае допущения фронтального вытеснения одних водных масс (см.) другими без какого-либо их смешения между собой. В действительности, вследствие их частичного перемешивания при движении в водном объекте период внутреннего т.е. среднее время пребывания частиц воды в водном объекте, в 1,5—3 раза больше величины R, которую поэтому можно условно считать минимальным временем пребывания воды в водном объекте или периодом условного возобновления запасов воды в нем. Коэффициент В. K _в однозначен только при установившемся режиме внутреннего водообмена, когда величина притока V и величина стока Y воды из водного объекта равны, поэтому лучше пользоваться уравнением В.Н.Штефана (1975) К _в = (V + Y) / 2W (здесь W — средний объем воды в объекте в течение расчетного периода), применимым для неустановившегося режима и обращающимся в традиционное выражение К _в при V = Y. Таким образом, внутренний В. — это совокупность динамических процессов, протекающих в водном объекте и приводящих к обмену вод как внутри, так и между отдельными его районами, участками и слоями. Интенсивность внешнего и внутреннего В. в водоемах взаимосвязана, поскольку горизонтальная составляющая первого из них проявляется в форме стокового течения (см.), одного из главных видов внутри водоёмных динамических процессов. С увеличением горизонтальной составляющей внешнего В. растет интенсивность внутреннего В., проточность водоема. И наоборот, в водоемах, где превалирует вертикальная составляющая внешнего В. над горизонтальной (например, бессточное озеро (см.), океан) роль стоковых течений во внутреннем В. минимальна в сравнении с конвекцией (см.), дрейфовыми течениями (см.), интенсивность которых непосредственно связана с водо- и энергообменом водоема с атмосферой.

Средний многолетний период условного возобновления запасов воды R наиболее продолжителен для подземных льдов зоны многолетнемерзлых пород (10000 лет) и для ледников (9700) криосферы Земли. Главными географическими факторами интенсивности В. водоемов, в соответствии с формулой К _в = V / W = (y / H) phi, служат азональные: удельный водосбор (см.) водоема phi и средняя глубина Н, а также средний годовой слой стока (см.) с водосбора y, распределение которого подчиняется законам географической зональности и высотной поясности. Интенсивность В. в реках и проточных водоемах суши сильно меняется от года к году и от сезона к сезону, так как зависит от водности фаз стока: максимальна в половодье и минимальна в межень. Таким образом, В. — важнейшая интегральная абиотическая характеристика состояния водной экосистемы. Подтверждением этого служит зависимость трофического состояния озер от величины их В. и притока соединений фосфора с водосбора, и широко используемая лимнологами для оценки опасности антропогенного эвтрофирования (см.) водоемов суши.

Колебания уровня воды– это главнейшая характеристика режима озера. Применительно к озерам их водным режимом считаются закономерные изменения уровня воды, площади, объема вод, а так же характеристик течения волнения. Водный режим озера вместе с изменениями ледотермических, гидрохимических, гидробиологических и других характеристик озера формирует совокупность закономерных изменений всех компонентов озера, называетсягидробиологическим режимом.

Колебания уровня воды в озерах во многом определяют и возможности хозяйственного использования водоемов, так как от высоты стояния уровня зависит эффективность работы водного транспорта, надежность водозабора на орошение, промышленное и коммунальное водоснабжение и т.д.

Колебание уровня воды в озерах по причина, вызывающим их, могут быть подразделены на две группы: 1) колебание уровня, связанное с изменением объема воды в озере и определяемые, таким образом, в основным изменениями уровня иногда называют (объемным или водно-балансовыми)и 2) колебания уровня, не связанные с изменениями объема вод в озере, а определяющиеся перераспределением неизменного объема по пространству озера (такие колебания уровня часто называютдеформационными)

Колебание уровня первой группы связаны прежде всего с климатическими причинами и, частности, с обусловленными климатическими изменениями приходных составляющих водного баланса. Поскольку речной сток и увлажнением территории в целом подержаны климатически обусловленными вековым, многолетним и сезонным колебаниями, аналогичные колебания имеет и уровень воды в озерах. В последние 40-50 лет в связи с антропогенными изменениями стока рек в объемных колебаниях уровня озер заметное влияние приобрел и антропогенный фактор

Колебание уровня второй группы связаны прежде всего с так называемыми сгонно-нагонными денивеляциями уровня, обусловленными. Такие колебания имеют кратковременные характер.

Вековые и многолетние колебания уровня озер. Колебания уровня озер вековые и многолетние – наиболее яркое проявление гидрологического режима водоемов; они же оказывают и наиболее сильное воздействие на хозяйственное использование озер и сопредельных территорий. Как уже отмечалось, основная причина таких колебаний – климатическая, может служить и косвенным доказательством существования климатических изменений увлажненности территорий.

Сезонные колебания уровня озер также в основном связаны с изменениями составляющих водного баланса озер. Повышение уровня озер происходит в период повышенного притока вод в озере, определяемые типом внутригодового режима речного стока.

Величина сезонного колебания уровня вод в озере зависит от площади поверхности озера и удельного водосбора ɸ:с уменьшением площади озера и возвращениемɸ она увеличивается.

А так же естественным или искусственным увеличением приходной части их водного баланса приводит повышение уровня подземных, обычно грунтовых, вод это называется - подтопление.

Часто причиной служит подпор поверхностных вод. В естественных условиях подтопление имеет временный, сезонный характер, напр. в период весеннего половодья или наступления многолетней фазы повышенной увлажнённости. Явление подтопления обычно наблюдается при создании водохранилищ, прудов, нарушении путей естественного движения подземных вод в ходе строительных работ. Подтоплению способствует утечка воды из водопроводных и канализационных сетей, фильтрация воды из искусственных водоёмов, каналов, на орошаемых землях. в осн. неблагоприятное явление для хозяйства, поскольку приводит к заболачиванию тер., снижает продуктивность с.-х. культур, особенно в р-нах достаточного и избыточного увлажнения, сказывается на устойчивости инженерных сооружений и т.п. Основные. средства борьбы с подтоплением – осушение, дренаж территории.

Подъем уровня грунтовых вод, вызванный повышением горизонта вод в реках, водохранилищах; затопление водой участка дороги, транспортных тоннелей, части территорий от: атмосферных осадков; снеготаяния; некачественно уложенного асфальтобетонного покрытия дорог, тротуаров, сброса или утечки воды из инженерных систем и коммуникаций; неисправности либо нарушения правил обслуживания водоприемных устройств и сооружений поверхностного водоотвода, препятствующее движению пешеходов, автотранспорта, городского пассажирского транспорта. Подтопленной считается территория площадью свыше 2 кв. м и глубиной более 3 см. Рассматривая проблем безопасности территории Челябинской области, связанная с подтоплением и затоплением зданий и сооружений. Приводятся данные о влияние природных циклов Земли, на безопасность застраиваемых территории. Предложен подход для решения проблемы прогнозирования риска возникновения чрезвычайной ситуации.

Челябинской области является густо населенных и промышленно развитым районом страны. На территории области расположены экологически опасные предприятия, большое количество промышленных и гражданских объектов. В настоящие время представляется актуальная задача оценки влияния процессов, происходящих в земной коре и на земной поверхности урбанизированных территории на механическую безопасность инженерных объектов. Эти процессы снижают устойчивость техно сферы и жилого сектора, когда даже малые воздействия на объекты могут привести к кажущим беспричинным авариям и катастрофам.

В связи с этими необходимо рассматривать и оценивать подверженность определенной территории какому-либо виду опасности, то есть осуществлять прогнозирования-выявлять все возможные для природные источники воздействия на инженерных сооружения, оценивать вероятность их возникновения на данной территории и возможные масштабы последствий

По данным многолетним наблюдений, на территории Челябинской области серьезное воздействие на здания, сооружения и территории могут оказать такие природные явления, как землетрясения оползни, ураганы, сильные снегопады, подтопления и затопления.

Наиболее часто из природных опасностей регистрируют случаи подтопления и затопления территорий грунтовыми и поверхностными водами. Причем уровень грунтовых вод в различных годы претерпевает значительные колебания. Проследить многолетние колебания уровней воды можно на озерных с естественным режимом.

Из практических наблюдений за колебаниями за колебаниями уровней озер в течение 20-огостолетия, удалось сделать вывод, что в режим озер расположенных в пределах Зауральского региона, включающего и Челябинскую область, отмечается хорошо выраженная цикличность. Циклические изменения уровней воды представляют собой периодическое чередование многоводных и маловодных периодов. Продолжительность полного цикла колебания, охватывающего фазы подъема и спада уровней воды, составляет в среднем 20-24 года, длительность полуцикла колебания составляет в средним 10-12 лет. Подъем уровня воды продолжается 6-8 лет, спад 10-12 лет. Период неустойчивость максимумов и минимумов может изменяется от 3-4 до 6-8 лет.

На территории Челябинской области наиболее ярко выражено колебаний уровней воды на озере Аргаяш, которое является озером естественным режимом. Отчетливо прослеживается 12-летний полуцикл, который разбивается на 5-летний многолетний цикл, затем идет 2-3 год стабильной водности,сменяющих 4-5 летним маловодным периодом.

Анализ ежемесячных колебаний уровней воды озера Синеглазово (озеро естественным режимом питания), показывает что в настоящие время тенденции повешения уровня грунтовых вод сохраняется. Например на оз. Синеглазово уровень воды на 2003-2006 годы поднялся на 28 см, в связи чем уже произошли случаи подтопления и затопления объектов инфраструктуры Челябинской области. В зоне затопления оказались водозаборные скважины поселка Октябрьский, участки жилых домов села Синеглазово нефти- и нефтепродуктопроводы, садовые участки в садовых сообществ. Органы исполнительной власти Челябинской области обследовала затопленные территории коллективных садов было отмечено заболачивание участков. Данное обстоятельство дает основание утверждать, что строительство домов и освоение участков происходили в пределах регулярно заболачиваемой озерной террасы, то есть территория коттеджного поселка и садов ранее - до момента застройки – неоднократно подтапливалась. Таким образом, при выборе участка под застройку факт случаев подтопления, имевших место ранее, не учитывался. Предоставление таких территории в долгосрочное или бессрочное пользование граждан для приусадебного хозяйства или строительство домов является грубейшей градостроительной ошибкой. Результате ошибки – огромный ущерб гражданам, потерявшим свои затопленной водой участки и дома.

Таких ошибок можно избежать, если градостроительство планировании осуществляет выбор вида использования территории на основе прогнозных инженерно-гидрогеологических карт, составленным учетом многолетних природных циклов.