Морфометрические характеристики озер Валдайское и Ужин (при уровне среднем за 1975 - 85 гг. - 192,47 б.С.)

Морфометрические характеристики	Валдай -ское озеро	в т.ч. I плес	в т.ч. II плес	озеро Ужин	Система озер Валдайское и Ужин
Площадь озера, км2 (fo)	21,6	11,1	10,5	8,74	30,3
Площадь водосбора, км2 (F)	68,5	55,8	12,7	56,7	125,2
Удельный водосбор (F1)	3,15	4,86	1,34	6,54	4,13
Объем озера, х106 м3, ( V )	284,0	163,7	120,3	132,0	416,0
Время усл. водообмена,лет(tw)	9,8			6,1	8,2
Время водообмена по схеме перемешивания, лет (tm)	45			28	38
Длина озера, км (L)	10,2	10,2	6,5	15,3
Средняя ширина озера, км (B2)		1,1	1,6	0,6
Средняя глубина озера, м (Hcp3)	13,1	14,7	11,5	15,1	13,7
Наибольшая глубина, м(Hmax)	57	57	42	40	57
Длина береговой линии, км	53,7	32,7	21,0	50.8
Показатель открыт., х106(Koт4)		0,76	0,91	0,58
Объем гиполимниона для абс.отм.175.00 м, х106 м3	66,7	48,2	18,5	31,8
Площадь литорали до абс.отм.187,50м, км2	6,80	3,40	3,40	2,24

Примечания; 1-F=F/f_o , 2- В=f_o/L , 3-Hcp=V/ f_o , 4- Koт= f_o/ Hcp

Подробное изучение структуры водосбора позволило

• упростить подбор аналогов при расчете биогенной нагрузки с неосвещенной гидрохимическими наблюдениями части водосбора;

• привязать отдельные источники антропогенных сбросов к конкретным частным водосборам, уточнить как места отбора проб, так и виновные в сбросах организации;

• учитывать эрозионно-аккумулятивные особенности отдельных частей при формулировании водоохранных предложений.

Расчет внешней биогенной нагрузки на озера Валдайское и Ужин

Ежемесячный отбор проб по району исследований проводился практически одномоментно - в течение одного-двух, реже трех дней. Такой же порядок сохранялся и в 1987-1990 гг., когда по водосборам Городского склона и р. Валдайке пробы отбирались ежедекадно. Исключением были дополнительные пробы по Логу Таежному, по которому проводится самостоятельная программа комплексного мониторинга.

Все расчеты выполнялись для месячных величин. Если в течение месяца бралось несколько проб, то предварительно вычислялась среднемесячная величина. Всего за этот период было отобрано 4 745 проб и сделано 28 000 элементоопределений. По всем материалам создана база данных, включающая программу для ее статистического анализа (программа сделана А.В.Кокоревым). По каждому ряду ежемесячных величин было построено распределение, которое аппроксимировалось кривой Пирсона III типа. Отдельные случаи, резко выпадающие из распределения, выбраковывались. Число таких случаев по неорганическому фосфору составило 1,2%, по Сорг -1,3%, по неорганическому азоту и общему фосфору -3,4%. Подбором соотношения С_S / C_V кривая уточнялась, а затем рассчитывались: средняя, стандарт, С_S, С_V, медиана, мода и координаты кривых распределения для интервалов 5-95% обеспеченности.

Такая же методика применялась для расчета среднемесячных величин, но ввиду небольшого числа членов выборок (не больше 21) вычислялись только средние величины. При вычислении месячных величин выноса биогенов, измеренные слои стока использованы для створов: Усадьевский, Таежный, Валдайка, Полометь-Дворец, Полометь-Яжелбицы; для Неглинного применен в качестве аналога сток Усадьевского, для Гремячей и Лычково - Яжелбиц, для дренажного коллектора ЗК-39 - грунтовый сток воднобалансовой площадки Агроводнобалансового полигона; для всех остальных водотоков бассейна озер Валдайское и Ужин использованы месячные слои стока, рассчитанные по уравнению водного баланса для чаши озер (3).

Расчет составляющих водного баланса для чаши водохранилища

Нами использованы месячные величины составляющих водного баланса для чаши Валдайского водохранилища, которые были получены ранее при обобщении материалов по мониторингу озер Валдайское и Ужин за двадцатилетний период 1975 – 1995 гг. Уравнение водного баланса можно представить в следующем виде:

αX_Of_O + αY_Bf_B + α ( H_H – Н_K)f_O – αEf_O – αYF + αPf_O = 0, м³ (3)

где:

X_O – атмосферные осадки на акватории озер, мм ;

Y_B – боковой приток в чашу озер с водосбора, мм ;

Нн, Нк – соответственно начальный и конечный уровень воды в озерах над «0» графика, мм;

E_O – испарение с акватории озер, мм ;

Y – сток из озер по р.Валдайке, мм ;

P – невязка (погрешность расчета) водного баланса, мм ;

α– переходный коэффициент, учитывающий несовпадение размерностей элементов водного баланса и площадных характеристик (α = 10³ );

f_O – площадь акватории озер принята в среднем равной 30,3 км ²;

F - общая площадь водосборного бассейна озер -155,6 км²;

f_B – площадь водосборного бассейна озер -125,3 км².

Разделив все члены уравнения (1.4) на αf_O получим более удобное выражение

X_O + Y_Bf_B/ f_O + ( H_H – Н_K) –E_O –YF/ f_O + P = 0, мм (4)

Атмосферные осадки (X_O) определялись по данным их непосредственных измерений в осадкомерных пунктах, располагающихся вблизи акватории озер.

Испарение воды с акватории (E_O) определялось отдельно для периода ледостава и периода открытой водной поверхности. Для расчета испарения со снежного покрова и льда использовалась известная формула:

Eo = (0,24 + 0,05 U₁₀₀₀ )d₂₀₀n, (5)

где

U_{1000 -} средняя скорость ветра на высоте флюгера (1000 см), м/с;

d_{200 -} средний дефицит влажности воздуха на высоте 200 см, гПа;

n - число суток в расчетном периоде;

0,24 и 0,05 - эмпирические коэффициенты.

Испарение с открытой водной поверхности озер рассчитывалось в соответствии с «Указаниями по расчету испарения с поверхности водоемов» по формуле:

E = 0,14 n( е_р - е ₂₀₀ ) (1 + 0,72 U ₂₀₀ ), (6)

где

0,14 , 1 и 0,72 - эмпирические коэффициенты;

е_{200 -} среднее значение упругости водяного пара над водоемом на высоте 200 см. гПа;

е_{р -} среднее значение максимальной упругости водяного пара, найденное по температуре поверхности воды в водоеме, гПа;

U _{200 -} среднее значение скорости ветра над водоемом на высоте 200см, м/с;

n - число суток в расчетном периоде.

Значения метеоэлементов на водоеме рассчитаны по средним месячным величинам характеристик по данным метеостанции “Валдай”.

Изменение запасов воды в чаше озер (H_H – Н_K) определялось по данным непосредственных измерений уровня воды на первое число каждого месяца

Сток воды из озер (Y) через бейшлот в истоке р. Валдайки рассчитывался с использованием приведенной ниже формулы (7) истечения жидкости через большое донное отверстие. Для тарировки бейшлота после передачи его ВФ ГГИ были выполнены несколько серий измерений расходов с гидрометрического мостика в нижнем бьефе бейшлота при различных открытиях щита и различных уровнях воды в верхнем бьефе. По данным измерений был построен ряд графиков связи, найдены уравнения кривых и оценены коэффициенты корреляции. Входным параметром для всех графиков была величина открытия щита. Хорошая связь между величиной перепада уровней в верхнем и нижнем бьефе, а также между уровнем по водпосту ВФ и уровнем на нижнем бьефе бейшлота позволяют при установившемся режиме рассчитывать расходы через плотину только по величине открытия щита.

Основной рабочей кривой является кривая, построенная по измеренным расходам. С ней, практически, совпадает кривая, рассчитанная по уравнению для подсчета расхода через затопленное отверстие

Q =   2 g z , (7 )

где  - площадь отверстия, g - ускорение силы тяжести, величина  здесь задается уравнением, приведенном на рисунке 1.6а, а разность уровней z между верхним и нижним бьефами бейшлота задается по уравнению, приведенному на рисунке 1.5а. Третья кривая дает максимальный расход, который бывает сразу после подъема щита до того момента, пока сформируется сливная призма. Поэтому при расчете по этой кривой используется разность уровней между водпостом ВФ ГГИ и нижним бьефом бейшлота. Координаты кривых приведены в приложении 1.

Суммарный приток воды в чашу (Y_B) рассчитывался по уравнению водного баланса как остаточный член уравнения.

Среднемесячные величины составляющих водного баланса и слоев стока за период 1975 - 1995г.г. приводятся в табл.3.

Тренды, построенные для этого периода, показывают рост осадков, стока и снижение величин испарения с водной поверхности. Годовые слои притока в чашу озер, рассчитанные по уравнению водного баланса, хорошо согласуются со стоком реки Поломети в створах Дворец и Яжелбицы. Поверхностный сток на воднобалансовых площадках Агроводнобалансового полигона и №4 Лога Таежного практически отсутствует, что говорит о внутрипочвенном характере первого этапа стекания со склона для естественных угодий.

Таблица 3

Средние месячные и годовые величины составляющих водного баланса и слоев стока по району исследований за период 1975-1995 гг., мм слоя.

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
Составляющие водного баланса для чаши озер Валдайское и Ужин
Осадки	67	42,6	48,2	40,6	55,7	76,5	80,8	96,6	78,3	73,4	65,5	68	793
Испарение	5,8	6,1	14,7	32,8	52,5	80,1	86,1	74,9	55,7	39,2	24,3	10,7	483
Приток в чашу	19,3	22,2	34,4	94,9	45,2	30,7	17,3	16,1	20	27	28,7	24,7	381
Отток, р.Валдайка	30,1	32,1	34,7	49,8	43,3	29,7	15,4	22,3	15,9	29,7	33,9	29,6	367
Сток логов
Усадьевский	20,5	19,2	42	144	22,9	10	4,2	11,9	19,6	32,4	36,7	25,5	389
Таежный	7,7	8,2	15,4	77	39	10,4	5,9	9,6	10	20,4	15,2	8,8	228
Грунтовый сток воднобалансовых площадок
В/б пл.Агрополигона	0,7	9,2	17,6	90,6	13,5	4	0,4	6,5	7,8	12,7	13	4,5	181
В/б пл.№4-Таежного	2,8	6,5	12	83,2	34,4	5,5	1	2,6	3	5,1	5,7	3,5	165
Сток реки Полометь
Полометь-Дворец	17,1	14,5	24,1	101	55,8	17,6	10,3	15,5	17	28,8	29,3	21,4	353
Полометь-Яжелбицы	20	17,2	27,8	102	55	20,4	12,2	16,5	17,7	28,8	29,5	24,3	372