7.4.2. Структура водного баланса озера

Под структурой водного баланса любого водоема понимают соотношение между различными приходными и расходными составляющими уравнения водного баланса.

Для характеристики структуры приходной и расходной частей уравнения водного баланса водоема К.К. Эдельштейн предложил учитывать соответственно долю осадков и испарения в обеих частях уравнения. Рассмотрим случай равновесного состояния водного баланса сточного озера: приход вод равен их расходу и уровень водоема стабилен. В уравнении водного баланса (7.3) пренебрежем всеми членами, кроме х, у_пр, z_исп и y_ст. Тогда уравнение водного баланса такого озера с неизменным уровнем воды (рис. 7.4) будет выглядеть в объемных единицах следующим образом:

X_оз + Y_пр = Y_ст + Z_оз (7.6)

т. е. объемы осадков на поверхность озера и притока к озеру, с одной стороны, и речного стока из озера и испарения с его поверхности, с другой, равны.

Рис. 7.4. Простейшая схема формирования водного баланса сточного озера со стабильным уровнем воды

Вклад осадков и испарения соответственно в приходную и расходную части уравнения выразим коэффициентами:

K_x = X/(Y_{np +} X_оз), (7.7)

K_z = Z_оз /( Y_ст + Z_оз) = Z/( Y_np + X_оз). (7.8)

Замена Y_ст + Z_оз на Y_np + X_оз в уравнении (7.8) оправдана тем, что в уравнении водного баланса (7.6) приходная и расходная части равны между собой.

Объем осадков на поверхность озера выразим через слой осадков по формуле (7.4): Х_оз = k₁x_озF_оз. Аналогично получим: Z_оз = k₁z_озF_оз. Речной приток в озеро Y_np выразим через слой стока на водосборе озера: Y_np = ay_npF_в или Y_np = ak₁x_вF_в, где х_в — слой осадков на водосборе озера; F_в — площадь водосбора; a — коэффициент стока, равный у_в/х_в.

При соответствующих заменах формулы (7.7) и (7.8) получат вид:

, (7.9)

. (7.10)

Разделим числитель и знаменатель обоих выражений на х_озF_оз и заменим отношение F_в/F_оз на :

, (7.11)

. (7.12)

В этих формулах  — так называемый удельный водосбор, равный отношению площади водосбора озера к площади самого озера. К_х и K_z могут быть выражены в долях 1 или %.

Анализ выражений (7.11) и (7.12) показывает следующее:

1. доля осадков в водном балансе озера тем больше (а доля притока в него тем меньше), чем меньше  (т. е. больше площадь озера по сравнению с площадью водосбора); чем меньше коэффициент стока а, т. е. больше степень засушливости водосбора; чем меньше отношение х_в/х_оз (т. е. чем в более увлажненной части водосбора находится озеро);

2. доля испарения в водном балансе озера тем больше (а доля стока из озера тем меньше), чем меньше ,,  и х_в/х_оз (как и в предыдущем случае); чем больше отношение z_оз/x_оз т. е. больше так называемый «индекс сухости» в районе озера (по М.И. Будыко). При этом условно принимаем, что испарение с поверхности озера совпадает с величиной испаряемости.

Из уравнения водного баланса (7.6) можно установить условие существования бессточного озера. Приняв Y_ст = 0, получим Х_оз + Y_np = Z_оз или x_озF_оз + y_вF_в = z_озF_оз. Из уравнения водного баланса водосбора Х_в = у_в + z_в найдем у_в = х_в – z_в. Тогда получим x_озF_оз + (x_в – z_в)F_в = z_озF_оз, откуда (z_оз-x_оз)F_оз = (x_b-z_b)/F_b или

. (713)

Последнее выражение означает, что с ростом удельного водосбора для существования бессточного озера должно пропорционально возрастать отношение избытка испарения над осадками на поверхности озера к избытку осадков над испарением на водосборе. Иначе говоря, в увлажненных районах бессточные озера могут существовать лишь при малых значениях , а в засушливых — при больших значениях , причем, чем засушливее район, тем больше должна быть величина .

По соотношению составляющих расходной части уравнения водного баланса все озера, согласно Б.Б. Богословскому, подразделяются на две группы: стоковые С и испаряющие И. У озер первой группы сток превышает испарение с их поверхности: Y_ст>Z_оз, у озер второй группы Y_ст < Z_оз. По соотношению составляющих приходной части уравнения водного баланса озера обеих групп подразделяют на три типа: приточные П, когда приток с водосбора преобладает над осадками (Y_np>X_оз), нейтральные Н, когда Y_np~X_оз, и дождевые Д если осадки преобладают над притоком (Y_np<X_оз). Стоковые озера характерны для зон достаточного и избыточного увлажнения, испаряющие — для зон недостаточного увлажнения. Тип же озера зависит от величины удельного водосбора: к нейтральному и дождевому типам относятся, как правило, озера с малой величиной .