1.2 Морфометрические характеристики озера

Количественное выражение размеров озер и их формы называ­ется морфометрическими характеристиками озера. К основным морфометрическим характеристикам озера относятся: площадь зер­кальной поверхности воды, объем водной массы озера (или запас воды в озере), длина и ширина (средняя и наибольшая), глубина (средняя и наибольшая), форма озерной котловины (цилиндриче­ская, полусфероидальная, конусовидная, параболоидная и т.д.), а также длина и изрезанность береговой линии.

Для определения показателя формы озерной котловины, объе­ма водной массы, средней и наибольшей глубины необходима ба­тиметрическая карта данного озера, составленная на основании топографической съемки и промеров глубин с указанием, когда и при каком горизонте воды проводились промеры и, следовательно, к какому уровню воды относится сама батиметрическая карта.

Для определения других морфометрических характеристик площади поверхности воды, длины и ширины, длины и изрезанности береговой линии достаточно топографической карты.

Точность вычисления морфометрических характеристик конкретных озер зависит от качества и масштаба карты. При морфометрических расчетах следует отдавать предпочтение крупномасштабным картам. От масштаба карты зависят размеры и количество озер, принятых к нанесению на карту. На топографическую карту наносятся только те озера, каждое из которых занимает, в мас­штабе этой карты, площадь не менее двух квадратных миллиметров. Например, на карты масштаба 1:100000 наносятся озера с площадью зеркала воды не менее 0,02 км², на карту масштаба 1:500000 - 0,50 км² и на карту масштаба 1:1000000 - 2,0 км².

Изрезанность береговой линии, очертание в плане, форма и морфометрические характеристики озерных котловин, служащих вместилищем озерной воды, разнообразны не только в разных физико-географических и гидрологических районах, но и в пределах одного и того же района, что в основном обусловлено двумя причинами: во-первых, физико-географическими условиями происхождения озерных котловин (гидрогенные, гляциогенные, суффозионные, карстовые, органогенные и т.д.) и, во-вторых, источником поступ­ления и интенсивностью текущих вод (талые снеговые, дождевые или подземные воды).

Группу гидрогенных составляют озерные котловины, возник­шие в условиях преобладающего воздействия речных и подземных вод. К этой группе относятся практически все озерные котловины в поймах рек.

Гляциогенные (ледниковые) озерные котловины образованы действием ледника.

Карстовые озерные котловины образованы воздействием движущейся воды на растворимые горные породы (известняки, до­ломиты, гипсы, мела, мергели, соли). Карстовые озера обычно фор­мируются в местах заилившихся карстовых воронок. Они плохо держат воду, и имеют большую инфильтрационную способность. В конце летнего сезона такие озера часто пересыхают.

В Центральном плоскоместном районе типичной лесостепи и Левобережном придолинно-террасовом районе типичной лесостепи на водоразделах встречаются небольшие озера провального карсто­вого и суффозионного происхождения. Суффозионные озерные котловины возникли в результате вымывания пылеватых частиц подземными водами из горных пород, вызывающих образование на поверхности земли западин, небольших суффозионных котловин и блюдец. Диаметр таких котловин обычно не превышает 300 м, а глубина - 5 м. Все они имеют округлую форму и крутые берега. Чаше всего суффозионные озерные котловины встречаются в лёсах и лёссовидных суглинках [7].

Эоловые озерные котловины возникают под действием ветра в легко развеваемых породах.

К органогенным озерам относятся вторичные озера, возникшие на высохшем озере или на обширном болоте. Часто по происхождению котловин дают название озерам.

Знание морфологии и морфометрии каждого конкретного озера необходимо: во-первых, для понимания основных физических закономерностей изменения составляющих водного баланса, дина­мики водного, ледового и термического режимов озера; во-вторых, для решения ряда практических вопросов, связанных с планирова­нием и оптимальным использованием природно-ресурсного потен­циала озера. Такое положение затрудняет в полном объеме определить статические водные ресурсы области и их вклад в суммарные водные ресурсы (динамические и статические), а так­же оценить потери воды на испарение с поверхности всех озер об­ласти, их роль в годовом гидрологическом цикле, решить вопрос о комплексной типизации озер и т.д.

Водная масса или объем воды озера, имеющую большую площадь водной поверхности и малую глубину, при прочих равных условиях, быстрее перемешивается под действием ветрового волнения, вследствие чего, тепло и растворенные в поверхностных слоях воды органические и минеральные вещества быстрее достигают дна озера. В тоже время водные массы озера с малой площадью и большой глубиной значительно труднее перемешиваются ветром. Поэтому структура экосистем и гидрологический режим озер с разной глубиной и разной площадью водной поверхности будут различными.

Площадь и глубина озерного ложа оказывают непосредственное и существенное влияние на тепловой режим и на распределение температуры воды, как по вертикали, так и по горизонтали, что оказывает заметное влияние на миграцию рыбы и зарастание озера.

От формы и, особенно от размеров озерной котловины, лимитирующей объем водной массы озера, в определенной степени за­висит продолжительность ледостава, сроки замерзания и вскрытия озера, толщина ледяного покрова, другие ледовые явления.

Влияние морфометрических характеристик озер на структуру экосистем сказывается следующим образом. Известно, что при одинаковом объеме водной массы процессы фотосинтеза протекают более интенсивно в мелководных озерах с большой площадью вод­ной поверхности по сравнению с глубоководными озерами, но с меньшей площадью, так как мелководные озера быстрее прогрева­ются солнечными лучами по сравнению с глубоководными.

Все выше перечисленные морфометрические характеристики зависят от высоты стояния уровня воды в озере. Для практических целей важно знать, как меняются с изменением уровня воды наибо­лее важные морфометрические характеристики: площадь водной поверхности озера F, объем водной массы V, средняя и наи­большая h_max глубины. Связи соответствующих характеристик с уровнем воды H называют кривой площадей F=f(H) или батиграфической кривой, кривой объемов V=f(Н), кривой средних глубин H _ср = f(H) и кривой наибольших глубин H _max= f(H).Такие кривые дают возможность графически определить площадь водной поверхно­сти озера, объем водной массы всего озера или отдельного его слоя, среднюю и наибольшую глубину при любом уровне воды. Эти па­раметры необходимы для оценки водных ресурсов озера, а также для расчета эффективности разного рода гидротехнических мероприятий, связанных с регулированием уровенного режима для предотвращения его обмеления или переполнения и затопления прибрежных земельных угодий. Характер всех четырех кривых F=f(H), V=f(H), Н _ср = f(H), Н _max = f(H) зависит от формы озерной котловины.

Длина. Длина озера L – это кратчайшее расстояние между двумя наи­более удаленными точками, расположенными на его берегах, изме­ряемое по водной поверхности озера. Это линия будет прямой лишь в случае сравнительно простых очертаний озера. Для озер змеевидной формы и озер сложной формы, эта линия, очевидно, будет не прямой, а состоять из нескольких прямых отрезков.

От длины озера в соответствии с направлением ветра (вдоль оси или поперек озера) зависит длина разгона воздушного потока над водоемом от которой, в свою очередь, зависят высота и другие элементы (длина, крутизна, период) ветровых волн. В конечном итоге все это влияет на интенсивность перемешивания воды, как по вертикали, так и в горизонтальном направлении, на распределение температуры воды в водной толще и на горизонтальное распреде­ление температуры, а также на интенсивность и величину испаре­ния воды.

Ширина. Ширина озера – весьма важная морфометрическая характери­стика, от которой в значительной мере зависит гидрологический режим и характер зарастания озера (при прочих равных условиях узкое озеро быстрее покроется водной растительностью, нежели широкое).

Ширина озера – расстояние между его противоположными бе­регами, проведенное перпендикулярно к оси озера в любой его час­ти (в различных частях озера ширина различна). Наибольшее зна­чение последней величины называют максимальной шириной озера В max.В ряде случаев определяется ширина озера в наиболее узких местах В_min.Среднее значение ширины (В_ср) вычисляют по форму­ле (1):

B_ср = F₀ / L_оз , (1)

где F_m - площадь озера, км²; L_оз - длина озера,км.[8]

Озера Валдайское и Ужин образуют общую озерную систему с истоком в виде р. Валдайки. Морфометрические характеристики этой системы в целом и ее составляющих (таблица 1).

Таблица 1 – Морфометрические характеристики озера Валдайское

и Ужин [10]

Морфометрические характеристики	Валдайское озеро	В том числе			Озеро Ужин		Система озер Валдайское и Ужин
		1 плес	2 плес
Площадь озера, км2	21,6	11,1	10,5	8,74		30,3
Площадь водосбора,км2	68,5	55,8	12,7	56,7		125,2
Объем озера, млн. м3	284,0	163,7	120,3	132,0		416,0
Длина, км	10,2	10,2	6,5	15,3		-
Ср. ширина, км	-	1,1	1,6	0,6		-
Ср. глубина, м	13,1	14,7	11,5	15,1		13,7
Наибольшая глубина, м	57	57	42	40		57
Длина береговой линии, км	53,7	32,7	21,0	50,8		-
Время условного водообмена, лет	9,8	-	-	6,1		8,2
Время водообмена по схеме перемешивания, лет	45	-	-	28		38

По сложившейся традиции Валдайское озеро делится на два плеса, а озеро Ужин рассматривается как третий плес этой системы. Озерная котло­вина является частью водосборного бассейна, и морфометрические характе­ристики имеет смысл рассматривать как показатели встроенной структуры водосбора. Традиционные показатели в таблице дополнены такими как условное время водообмена и время водообмена по схеме перемешивания.

Выражение для последнего было предложено А.В. Караушевым [6] , который обратил внимание на то, что процесс очищения водоема от посту­пившего в него загрязняющего вещества значительно растягивается во времени, так как в результате перемешивания водоема вытекает смесь загрязненной и чистой воды, поступившей в него позднее момента загряз­нения. Знание этого показателя позволяет более взвешенно оценивать сро­ки очищения от консервативных загрязняющих веществ. Время условного водообмена входит в выражения для расчета допустимой величины посту­пления в озеро фосфора, который лимитирует развитие водорослей.

Валдайское озеро группой островов, сформированных озовой грядой, делится на Западный и Восточный плесы примерно равной площади. Водо­обмен между ними осуществляется через Северный и Южный проливы и Монастырскую копку. Ширина проливов составляет 265 и 110 м, а глуби­на- 18 и 11 метров соответственно.

Направление водообмена, кроме результирующего стокового, определяется ветровым воздействием и компенсационными течениями. Монастырская копка мелководна и обмен через нее существенного значения не имеет. Сток из Валдайского озера уходит через копку на озеро Ужин, а сток из системы озер через пролив в Скрылевскую луку [10].