7.4. Водный баланс озер

7.4.1. Уравнение водного баланса озера

Составляющими приходной части уравнения водного баланса любого озера служат атмосферные осадки х, поверхностный приток z_пов.._пр, конденсация водяного пара на поверхность озера z_конд, подземный приток w_пр. Поверхностный приток может быть как естественным (речной сток у_пр), так и антропогенным (сброс отработанных вод, например возвратных вод орошения, а также промышленных и коммунальных сточных вод, у_с6р).

Составляющие расходной части уравнения водного баланса сточного озера — это поверхностный отток из озера у_пов.ст, подземный отток (фильтрация) из озера w_ст, испарение с поверхности озера z_исп. Поверхностный отток складывается из стока вытекающей из озера реки у_ст и искусственного водозабора на хозяйственные нужды у_вдзб (на орошение, водоснабжение и т.д.). Изменение запасов воды в озере обозначается через ±∆u.

Исходя из общего уравнения водного баланса любого водного объекта (см. разд. 2.2) и учитывая принятые обозначения, уравнение водного баланса сточного озера представим в следующем виде:

x+y_пр+y_сбр+z_конд+w_пр=y_cт+y_вдзб+z_исп+w_ст∆u. (7.3)

Для бессточного озера уравнение водного баланса будет таким же, но только без члена у_ст в расходной части.

Как и для других водных объектов, члены уравнения (7.3) относят к некоторому интервалу времени ∆t (месяц, год, в среднем за несколько лет и т. д.) и выражают либо в величинах слоя (м, см, мм), либо в объемных единицах (км³, м³).

Для удобства при расчетах и анализе в дальнейшем в данной главе в случае представления членов уравнения (7.3) в объемных единицах будем применять заглавные буквы (X, У, Z и т. д.), в случае же использования величин слоя сохраним строчные буквы (х, у, z и т.д.). Перевод величин слоя в объемные величины и наоборот осуществляется с учетом площади озера. Например, для объема осадков X, км³, имеем:

X=k₁Fx, (7.4)

где х в мм, a F в км² и к₁ =10^-6.

Если члены уравнения (7.3) представлены в объемных единицах, то ±∆U в уравнении (7.3) — это не что иное, как изменение объема вод в озере (т.е. ±∆V) за интервал времени ∆t. Если же члены уравнения (7.3) заданы в величинах слоя, то ±∆и — это не что иное, как изменение уровня воды в озере (т. е. ±∆Н) за тот же интервал времени ∆t. Для озер изменения уровня (а также слоев стока, осадков, испарения) обычно задают в сантиметрах. Тогда пересчет изменения объема озера ∆V изменение его уровня осуществляют по формуле

∆H=k₂∆V/F, (7.5)

где ∆Н в см, ∆V в км³, F в км² и k₂= 10⁵.

Когда сумма приходных членов уравнения превышает сумму расходных, то ∆u>0, и объем вод в озере увеличивается (∆V>0), а его уровень повышается (∆Н>0); когда же приходная часть уравнения меньше расходной, то ∆и<0, и объем вод в озере уменьшается (∆V <0), а уровень воды в нем понижается (∆Н<0).

В качестве наглядных и в то же время весьма актуальных примеров в разд. 7.10 будут специально рассмотрены водные балансы Каспийского и Аральского морей и их многолетние изменения.

При анализе водного баланса бессточных озер нередко используют понятие уровень равновесия или уровень тяготения. Это тот уровень, при котором приходные составляющие водного баланса бессточного озера равны расходным. При уменьшении, например, речного стока, поступающего к бессточному озеру, сразу же изменяется уровень равновесия. Уровень в озере начинает снижаться, приближая водный баланс водоема к равновесному состоянию. Поскольку все составляющие водного баланса постоянно изменя­ются, уровень равновесия практически никогда не достигается.