4. Водний баланс озер

За умовами водного режиму озера можна поділити на дві категорії: стічні та безстічні.

Безстічні - це такі озера, в яких вся вода, що поступає в них, витрачається на випаровування. із стічних озер має місце постійне скидання води у формі витікаючих із них водотоків чи через під­земне, відведення у сусідні водозбори.

За умовами живлення поверхневими водами виділяють озера:

1. безприточні, що не мають постійних приток в вигляді річок та струмків;

2. приточні, що мають притоки, але не мають поверхневого стоку;

3. приточно-стічні озера, в які впадають і з яких витікають річки.

Водний режим озера безпосередньо визначається процесами притоку та витратами води.

Вода в озеро може поступати в результаті таких явищ:

1. випадання опадів безпосередньо на поверхню озера, Х_оз;

2. конденсації водяної пари на поверхню озера, К_оз;

3. притоку води з поверхні водозбору озера У_пр ;

4. підземного притоку, Y 'пp .

Витрата води, котра надходить в озеро здійснюється внаслідок:

1. випаровування з поверхні озера, Е_оз;

2. поверхневого відтоку з озера, Y_від;

3. підземного стоку з озера Y'_еід.

Залежно від співвідношення між притоком та витратою води буде змінюватись запас води в озері ΔV. Рівняння водного балансу матиме вигляд

Y_np + Y'_пp + Хоз+Коз - Y’від –Yвід-Еоз = ± ΔV. (32)

Озера є своєрідними природними акумуляторами стоку. Тобто вони зменшують максимальні величини стоку в період повеней та паводків і підвищують стік річок в маловодний період. Щодо впливу озер на сумарну величину річного стоку, то він залежить від співвідношення між випаровуванням з водної поверхні та з суші. В зоні достатнього та надлишкового зволоження, де випаровування з водної поверхні близьке до випаровування з суші, додаткові втрати на випаровування з поверхні озер відносно невеликі і зниження величин річного стоку під дією озер складає незначну частку по відношенню до зональної величини стоку в цьому районі.

В умовах недостатнього зволоження, де випаровування з водної поверхні значно перевищує величину випаровування з суші, озера можуть не лише суттєво зменшити сумарну величину річного стоку, але й збільшити його мінливість, внаслідок значного зниження стоку маловодних років і збільшення таким чином амплітуди коливання річного стоку. Створення штучних водосховищ в зоні недостатнього зволоження веде до значних втрат води на випаровування та зменшення річкового стоку.

Тема 2.2. Водний режим озер.

1. Водний режим озер

Водний режим озер - це закономірні зміни рівнів, площі поверхні й об'єму води в озері, а також характеристик течій і хвилювання.

Водний режим разом з льодовотермічним, гідрохімічним і гідробіологічним режимами утворюють гідрологічний режим озера.

2. Режим рівнів

Коливання рівнів залежно від причин, які їх викликають, поділяють на об’ємні, пов'язані із зміною об'єму води в озері, і денівеляційні (рис. 13), пов'язані з перерозподілом незмінного об'єму водної маси в межах улоговини.

Об’єм води в озері, а значить, рівень змінюються залежно від співвідношення прибутку і витрати води. Чим більша різниця між прибутковою і видатковою частинами водного балансу, тим більшої амплітуди досягають коливання рівня. У стічних озерах амплітуда коливання рівня менша, ніж у безстічних тому, що стік і рівні суттєво пов'язані, зростання рівнів автоматично призводить до збільшення стоку і навпаки.

Крім кліматичних умов і характеру водообміну, на амплітуду коливань рівнів значний вплив має морфометрія озера, а також співвідношення між площею водозабору і площею дзеркала озера. Із збільшенням питомого водозбору збільшується середня річна амплітуда рівнів.

Амплітуда коливання рівнів протягом року змінюється від кількох сантиметрів до 2...3 м і більше. Багаторічна амплітуда коливання рівнів деяких озер більш значна, наприклад, Ладозького - 2,9 м, Аральського моря - 3,2 м, і. Телецького - 5 м, Ільменю-7,4 м.

Залежно від тривалості коливання рівнів поділяють на вікові, багаторічні, сезонні, короткочасні. Об'ємні коливання рівнів переважно вікові, багаторічні та сезонні.

Денівеляційні коливання зумовлені тривалими вітрами, горизонтальними градієнтами атмосферного тиску, сезонною нерівномірністю розподілу густини

Води вздовж поверхні озера, менше значення мають тектонічні рухи (землетрусививерження вулканів тощо).

Під дією вітру виникають неперіодичні згінно-нагінні коливання рівнів. Ці коливання залежать як від напрямку вітру (рівні збільшуються вздовж вітру), так і від швидкості. Гідродинамічна дія вітру на поверхневий шар води пов'язана з хвилюванням і поверхневими течіями, похил вільної поверхні пропорційний відношенню квадрата швидкості вітру U до квадрата швидкості хвиль на мілкій воді, яка дорівнює , де h- глибина озера, тобто

Перепад рівнів між протилежними берегами ∆Н = 1L', де L' - довжина озера в напрямку вітру.

На малих озерах згінно-нагінні коливання відносно невеликі і вимірюються сантиметрами, на них швидше виникає глибинна протитечія, яка сприяє вирівнюванню вільної поверхні. На великих озерах коливання сягають іноді 1...2 м. Амплітуда коливань рівнів збільшується біля мілких берегів, у затоках і бухтах Тривалість згінно-нагінних явищ в озерах - від кількох годин до двох-трьох діб.

Горизонтальний градієнт тиску також здатний призвести до перепаду рівнів між протилежними берегами

де Р₁,Р₂ - значення атмосферного тиску біля протилежних берегів

Внаслідок горизонтальної температурної неоднорідності, яка виникає на великих озерах завдяки тому, що вода біля берега літом прогрівається краще, ніж посередні озера, а зимовий період навпаки - температура біля берегів нижча, ніж посередині, виникають горизонтальні градієнти густини. Відповідно, вільна поверхня набуває увігнутої або випуклої форми.

3. Течії

Залежно від причин виникнення течії поділяються на стокові, вітрові і компенсаційні.

Стокові течії виникають під впливом припливу річкових вод в озеро і відпливу озерних вод у річку. В обох випадках утворюється похил водної поверхні в озері, внаслідок якого і відбувається рух води.

Течії, які виникають у гирлах приток, у міру просування до відкритої частини озера змінюють свій напрямок і поступово затухають. Залежно від співвідношення густини озерної і річкової води течії поширюються або по поверхні озера, або занурюються в глибину. В проточних витягнутих озерах стокові течії спостерігаються вздовж всієї довжини.

Стокові течії мають сезонну періодичність, що зумовлено коливанням водності річок протягом року. Швидкості стокових течій в більшості випадків не перевищують 0,3 м/с.

Вітрові (дрейфові) течії в озерах відзначаються великою несталістю. Режим їх дуже тісно пов'язаний з режимом переважаючих у даному районі вітрів. Швидкість вітрової течії пропорційна швидкості вітру, тобто

V = kU,

Де к - так званий вітровий коефіцієнт, який змінюється залежно від інших факторів від 0,01 до 0,02. Залежно від сили вітру, об'єму водної маси, конфігурації берегів, розмірів озерної улоговини, наявності островів тощо вітрові течії можуть поширюватися на різні глибини, а іноді (на малих озерах) охоплювати всю водну масу і досягати дна. Очевидним є зв'язок вітрових течій із згінно-нагінними явищами.

Компенсаційні течії - це супутні прояви горизонтального змінення рівнів. Відповідний похил вільної поверхні приводить до глибинної або поверхневої (|вздовж берегів) компенсаційної течії.

У більшості випадків компенсаційні течії пов'язують із згінно-нагінними явищами і відповідними вітровими течіями, але причиною їх можуть також бути горизонтальний градієнт тиску (бароградієнтні течії), сейші (сейшеві течії), горизонтальний градієнт густини {густинні течії), стокові течії і навіть хвилі.

Після виникнення течія підпадає під вплив другорядних сил: сили тертя (внутрішнього, об дно і береги озера), сили Коріоліса, відцентрової сили.