3.6.4. Уравнение водного баланса и водный режим озер

Приходной частью уравнения водного баланса лю­бого озера являются атмосферные осадки х (мм), поверхностный приток у_пр (м³), подземный при­ток w_np (м³). Поверхностный приток может быть естественным (реч­ной сток), так и антропогенным (сброс отработанных вод, на­пример возвратных вод орошения, а также промышленных и ком­мунальных стоков ).

Составляющие расходной части уравнения водного баланса сточ­ного озера – это поверхностный сток из озера у_ст (м³), подземный отток (фильтрация) из озера w_от (м³), испарение с поверхности озера Z (мм). Поверхностный отток складывается из стока вытекающей из озера реки и искусственного водозабора на хозяйственные нужды (на орошение, водоснабжение и т.д.). Изменение объема воды в озере за расчетный период равно , где и запасы воды в конце и в начале периода (м³).

Урав­нение водного баланса озера представим в следующем виде:

(1000 х + у_пр + w_np ) – (у_от + w_ст + 1000 Z ) = , (3.32)

где – площадь поверхности озера (км²), средняя за расчетный период. Напомним, что осадки и испарение в уравнении водного баланса выражены в мм слоя воды.

Для бессточного озера в уравнении водного баланса следует положить у_от = 0.

Изменение объема воды за расчетный период можно выразить через изменение уровня воды в озере (Н₁ и Н₂ – уровни воды в конце и в начале периода) по формуле

.

Подставив это выражения в уравнение (3.32) и решая его относительно Н₂, получим

. (3.33)

Таким образом, зная ход во времени элементов водного баланса озера, можно рассчитать уровень воды в конце расчетного периода.

Кроме того, зная ход уровней воды, можно рассчитать одну из неизвестных составляющих водного баланса, выразив ее из (3.33), если все остальные составляющие известны.

Режим колебаний уровня воды в озерах определяется временными колебаниями элементов водного баланса. Из уравнения (3.33) следует, что при прочих равных условиях амплитуда колебаний уровня уменьшается при увеличении площади водной поверхности озера.

Вековые и многолетние колебания уровня наиболее заметны у бессточных озер, находящихся в засушливых районах (Каспийское и Аральское моря, оз. Балхаш и др.). Объясняется это тем, что в засушливые периоды в озеро поступает мало стока и осадков, а потери на испарение наибольшие, тогда как во влаж­ные периоды, наоборот, поступление стока и осадков на поверхность озера увеличивается, а потери на испарение уменьшаются.

Сезонные колебания уровня озер. Эти колебания уровня также в основном связаны с изменениями составляющих водного баланса озер. Повышение уровня озер происходит в периоды повышенного притока вод в озера, определяемые типом внутригодового режима речного стока. Так, в озерах умеренного пояса подъем уровня отмечается в период снегового половодья на реках. Озера, питающиеся водами рек, текущих с ледников (Иссык-Куль, Телецкое), имеют максимум уровня во вторую половину лета (рис. 3.23).

Кратковременные колебания уровня озер обусловлены сгонно-нагонными явлениями: воздействие ветра вызывает повышение уровня воды у навет­ренного берега (нагон), и понижение уровня воды у подветренного (сгон).

Также они могут быть обусловлены колебаниями атмосферного давления в разных частях озера, или резкими скачками величины и направления ветра, вызывающими сейши – стоячие волны с периодом колебаний от нескольких минут до десятков часов.

Рис. 3.23. Типичные графики сезонных колебаний уровня озер Телецкого (1), Плещеева (2), Ладожского (3) (I–XII – ме­сяцы).