4.5. Движение воды в озерах

 

Течения в озерах. Основными причинами течений в озерах являются ве- тер, сток рек, впадающих в озеро, неравномерное распределение температуры и минерализации воды, а также атмосферного давления.

Ветер вызывает ветровые течения (рис. 42). Установившееся ветровое течение называют дрейфовым течением.

 

Рис. 42. Схема возникновения ветрового (1) и компенсационного (2) течений в озере и вертикальное распределение скорости течения (3)

 

В отличие от морей в озерах, особенно небольших, заметного поворота поверхностных течений под действием силы Кориолиса обычно не происходит, и в большинстве случаев направление поверхностного течения совпадает с на- правлением ветра. Между скоростью ветра W (м/с) и скоростью ветрового те- чения в поверхностном слое v (м/с) может быть найдена зависимость вида v=KW, где ветровой коэффициент К для озер обычно составляет 0,01-0,02. Вет- ровые течения в озерах достигают 0,5 м/с.

Ветер вызывает также сгонно-нагонные денивеляции уровня: возникающие перекосы уровня создают так называемые компенсационные течения, разви-

вающиеся ниже слоя воды, охваченного ветровым течением, и противоположно ему направленные.

После прекращения ветра на многих озерах возникают сейши, сопровож-

дающиеся сейшевыми течениями. Скорости таких течений обычно невелики,

но в узких заливах и проливах могут достигать 1 м/с и более.

Ветер создает также волновые течения, совпадающие с направлением распространения волн.

Втекающие в озера реки создают местные перекосы уровня воды, приво-

дящие к возникновению гравитационных (стоковых) течений, иногда распро-

страняющихся на все озеро, особенно если оно невелико по размеру и проточ- ное. Скорости стоковых течений зависят от скоростей течения во впадающей в озеро  реке  и  могут  достигать  в  непосредственной близости  от  устья  реки

1-2 м/с. Своеобразные стоковые течения возникают и вблизи истока вытекаю-

щей из озера реки.

Неравномерное распределение по пространству озера температуры, а иногда и минерализации воды создает горизонтальные градиенты плотности и

перекосы уровня, вызывающие плотностные течения. В период нагревания озера температура воды вблизи берегов выше, чем в середине озера. Такое рас- пределение  температуры  воды  приводит  к  тепловому  расширению  воды  и

подъему уровня в прибрежной зоне и создает плотностную горизонтальную циркуляцию, направленную в больших глубоких озерах в Северном полушарии под влиянием силы Кориолиса против часовой стрелки. В период охлаждения,

когда у берегов температура воды ниже, чем в середине озера, возникает пере-

кос уровня в сторону берега, что создает плотностную горизонтальную цирку-

ляцию, направленную по часовой стрелке. Изменения уровня, обусловленные изменениями атмосферного давления, вызывают бароградиентные течения, сходные с компенсационными течениями, связанными с ветровыми измене- ниями уровня.

Волнение на озерах. Волнение на озерах, особенно небольших, имеет осо-

бенности, связанные с ограниченностью размеров водоема и, как правило, не-

большими глубинами.

Волнение на озерах в связи с их небольшими размерами развивается бы-

стрее, чем на больших морских акваториях. Также быстро волнение на озерах и затухает после ослабления и прекращения действия ветра. Волны зыби, пере-

мещающиеся в водоемах после прекращения действия ветра, на небольших озерах наблюдаются редко.

Волнение на озерах обычно менее упорядоченное, чем на морях. Волны, как правило, трехмерные (хорошо выраженный фронт волны отсутствует), бо- лее крутые, чем на морях. Крутизна волны – это отношение высоты волны hв к ее длине λ.

На крупных озерах максимальная высота волн может достигать 3−4, ино- гда 5-6 м (оз. Мичиган, оз. Ладожское). На малых озерах высота волн обычно не превышает 0,5 м. Крутизна волн (отношение высоты волны hв к длине волны λ) на озерах в среднем около 0,1.

Параметры волн на озерах (высота hв и длина λ) зависят от скорости ветра

W и длины разгона волн D.

Для определения параметров волн на озерах разработаны специальные номограммы, позволяющие рассчитывать hв, λ, τ по данным о скорости ветра W и времени его действия t, длине разгона D и глубине h.

Перемешивание воды в озерах. Физическими причинами вертикального перемешивания вод в озерах являются различия в плотности воды, вызываю- щие конвективное перемешивание, и действие ветра (волнение, ветровые тече-

ния), приводящие к динамическому перемешиванию.

Конвективное перемешивание наблюдается в озерах с пресной или соло-

новатой водой при нарушении плотностной устойчивости вод, вызванной, на-

пример, весенним нагреванием или осенним охлаждением поверхностного слоя воды до температуры наибольшей плотности. Вертикальная плотностная стра- тификация в озерах препятствует динамическому перемешиванию.