4.2. Уровневый режим.
Колебания уровня воды в озерах, как известно, определяются соотношением приходных и расходных статей водного баланса – осадков, испарения, стока, объем которых зависит от площади зеркала водоемов. В отличие от рек, уровень которых весьма быстро реагирует на изменение климатических условий, озера обладают значительной гидрологической инерцией. В то время как уровень воды в реках зависит, прежде всего, от притока воды в их русла в данный момент, уровень воды в озерах определяется не только приходно-расходным балансом данного года, но на нем отражаются климатические условия предшествующего сезона. Чем больше крутизна берегов и размер котловины озера по сравнению с объемом притока воды, тем выше его регулирующая способность. Влажным и холодным климатическим периодам соответствуют высокое стояние уровня и разливы озер и, наоборот, засушливым, маловодным и жарким – падение уровня и сокращение площади зеркала.
Водный режим озер и впадающих в них рек представляет собой единую саморегулирующуюся систему. Поэтому многолетний ход уровня в озерах вызывает большой научный интерес и имеет важное гидроклиматическое значение, поскольку в нем отражаются естественные и возможные антропогенные изменения климата и водоносности рек.
Водный режим водоемов тесно связан с общими климатическими изменениями и местными особенностями развития каждого отдельного водоема в совокупности с геоморфологическими особенностями его расположения.
Анализ хронологических графиков колебаний уровня воды в водоемах показывает, что им свойственный чередования фаз повышенной и пониженной водности, т.е. колебания носят цикличный характер. При этом наблюдается сложная картина наложения циклов различной продолжительности. Однако, очевидны определенные закономерности, свойственные различным водоемам, расположенным в различных физико-географических условиях.
По данным расчетов и спектрально-временного анализа уровневого режима (В.Ф. Логинов, В.Ф. Иконников, 2003) картина колебания уровня озер достаточно сложная и она меняется от сезона к сезону и по месяцам (табл. 4.2.). Практически на всех СВАН-диаграммах, кроме озер Освея, Червоное и Выгонощанское, присутствуют циклы 2-2,5; 4 и 7 лет, а в некоторых случаях и большее количество преобладающих циклов. На многих диаграммах присутствуют циклы 17 и 9-12,5 лет. Современный анализ СВАН-диаграмм и временных распределений параметров «хаотизации» показал, что устойчивость циклов в колебаниях уровня воды озер наблюдается для озер Освея, Выгонощанское и Нещердо.
Таблица 4.2.
Цикличность временных рядов уровенного режима озер (СВАН-анализ)
|
Озеро |
Периоды, год |
|
Нарочь Дривяты Нещердо Выгонощанское Езерище Червоное Освея |
2,27; 3,57; 4,54; 9-10; 16,6; 25,0 2,63; 6,25; 4-7; 10; 16,0 4,16; 7,0; 16,6 8,33; 12,5; 16,6 2,0; 2,5; 4,16; 4,54; 6,25; 12,5 10,0; 16,6; 25,0 10,0, 20,04 25,0 |
Анализ графиков колебаний уровней воды по скользящим пятилеткам позволил разделить озера на две группы (табл.4.3). Первоначальным критерием для разделения озера на группы послужил показатель удельной водообменности. К группе с высоким показателем отношения площади зеркала и площади водосбора относятся озера Лукомское, Нещердо, Освейское, Нарочь, Мястро ( К = 0,107-0,285). Малым показателем удельной водообменности отдичанется озеро Сенно (0,039). Для северной части территории беларуси характерны озера с высоким показателем коэффициента (исключая оз. Сенно), для южной – с низким.
Географические закономерности влияют на характер колебаний уровней воды в водоемах, поскольку водообмена озер во многом зависит от увлажненности бассейнов. Проведенные исследования и расчеты показали зависимость продолжительности циклов колебаний уровня воды от показателя удельного водообмена.
Таблица 4.3.
Периоды повышенной и пониженной водности озер
Для группы водоемов с высоким показателем удельной водообменности уровни находятся в фазе повышенной водности, которая отмечается с 1975-77 гг, исключая Лукомское озеро-водохранилище, режим которого искажается заборами воды ГРЭС, и продолжается до настоящего времени. Исключение составляет озера Нарочь и Мястро, для коьторых харакетрно значительное понижение уровня воды, начиная с 1999 года.
Аналогичная закономерность характерна и для водоемов с малым показателем удельной водообменности, однако циклы отличаются по формированию и продолжительности (озеро Сенно).
Не смотря на сложную зависимость составляющих водного баланса в формировании уровневого режима большое значение имеют атмосферные осадки. На рисунках для озер Поозерья и Полесья характерна тенденция сопряженного изменения величины осадков и положения уровня воды (рис.4.8, 4.9). данную тенденцию нарушает зарегулированность озер.
До начала периода потепления (до 1988 г) на водоемах отмечалась повышенная водность. Особенность периода потепления на уровенном режиме отразилась через режим увлажнения и увеличение испарения с водной поверхности в период открытого водоема. Примером увеличения испарения с водной поверхности в результате наблюдаемой повышенной температуры воздуха и воды, является озеро Нарочь, для которого был рассчитан водный баланс за многолетний период и 2002 г., когда наблюдался самый низкий уровень воды в озере за весь период инструментальноых наблюдений. Резкое увеличение испарения с водной поверхности явилось одной из причин резкого понижения уровня воды в летнее-осенний период.
В целом за рассматриваемый период (15 лет) сумма осадков находилась в пределах нормы для республики (99% от средней многолетней величины). В рассматриваемый период с 1988 по 2002 гг. преобладали годы с недобором осадков (исключая 1989, 1990, 1994 и 1998 гг).Повышенная водность сохранялась и к началу 21 столетия, кроме Нарочи и Мястро. Однако, начиная с 1999 г. На всех водоемах отмечено понижение уровня воды. Таким образм в соответсвии с удельным водообменном и динамикой климатических параметров происходит формирование циклов повышенной и пониженной водности различных по продолжительности.
Рис. 4.8. Изменение средних годовых уровней воды озер Белорусского Поозерья и годовых сумм осадков по скользящим пятилеткам
Рис. 4.9. Изменение средних годовых уровней воды озер Белорусского Полесья и годовых сумм осадков по скользящим пятилеткам
Конечно, структура рядов среднегодового уровня озер во многом отличается от рядов речного стока, осадков и других гидрометеорологических элементов. Основной причиной, вызывающей эти различия служит замедленный водообмен озер, уменьшение которого приводит к возрастанию инерционности в колебаниях уровня воды. В связи с этим отмечаются устойчивые тренды в изменении уровня воды озер в многолетнем разрезе (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Многолетняя динамика и тренды изменения уровня разнотипных озер
Анализ также показал зависимость продолжительности циклов колебания уровня воды от показателя площади.
Для группы водоемов с высоким показателем площади уровни воды находятся в фазе повышенной водности, которая отмечается с 1975-77гг. (кроме Лукомского, режим, которого искажается работой ГРЭС) и продолжается до настоящего времени (кроме озер Нарочь, Мястро, для которых характерно значительно понижение уровня воды, начиная с 1999г.).
Аналогичная закономерность прослеживается и на водоемах с малым показателем площади, однако циклы существенно отличаются по формированию и продолжительности. Возможно, для полного обобщения не достаточно материалов наблюдений, но нельзя не заметить определенную тенденцию. Как уже упоминалось выше, к группе с малым показателем площади относятся Сенно, Чигиринское, Солигорское, Красная Слобода. Для этой группы озер (кроме озера Сенно) характерно начало фазы повешенной водности с 1977-80гг., которая продолжалась по 1985-86гг., затем наблюдалось понижение уровня воды до 1993-94гг. С начала 90-х гг. отмечается фаза повышенной водности, которая продолжается до настоящего времени (повышение характерно для всех водоемов республики).
Независимо от морфометрических показателей все водоемы в настоящее время характеризуются повышенной водностью. Условия формирования водного баланса и водообмена водоемов определяются их морфометрическими показателями. Изменение водообмена озер зависит от климатических условий, которые определяют главные компоненты водного баланса – приток-сток водоемов, осадки и испарение с водной поверхности. Внешним выражением водного баланса является положение уровня воды в водоеме. В зависимости от соотношения площади зеркала водоема к площади его водосбора и в соответствии с динамикой климатических параметров происходит формирование циклов пониженной и повышенной водности различной продолжительности. Проведенные расчеты имеют прикладное значение, представленный материал может быть использован при составлении водохозяйственного баланса.
Рис. 4.11. Типы колебания уровней воды озер Поозерья: а– устойчивый,б– среднеустойчивый,в – неустойчивый;1- Езерище,2- Черствяты ,3- Черейское,4- Стречно,5- Сорро,6- Сенно,7- Отолово,8- Мядель
Рис. 4.12. Типы колебания уровней воды озер Полесья: а – устойчивый, б – среднеустойчивый, в – неустойчивый; 1 - Мотольское, 2 - Споровское , 3 - Червонное, 4 - Черное, 5 - Выгонощанское, 6 - Белое, 7 - Островское
Для оценки уровневого режима озер показательным является степень его усточивости. Понятие устойчивости уровенного режима водоёмов тесно связано с амплитудой его колебания, интенсивностью их водообмена в различные гидрологические сезоны.
Весенние воды медленно поступают с низменных заболоченных и лесистых водосборов в озёра. Наличие возвышенностей в Поозерье проявляется в более быстром формировании весеннего половодья, сказывается на его величины и продолжительности. На характер уровневого режима независимо от географического положения влияет связь озера с речными и озёрными системами, которые характерны для поозерий. При этом основное значение имеет гипсометрическое положение отдельных озёр в озёрной группе, которое через морфологию озерной котловины влияет на уровневый режим.
По характеру уровневого режима выделяется группа озёр с устойчивым (ΔF<10), среднеустойчивым (10<ΔF<20) и неустойчивым уровневым режимом. При выделении подтипов озёр рассматривались ряд статистических показателей (табл.4.4.). Термин устойчивости был введен К.Д. Литинской для озер Карелии.
Учитывыая региональные особенности территории Беларуси выделяются три тпологические группы озер: озёра с высоким весенним половодьем и летней (осенне-зимней) меженью (северная (Поозерская)
Таблица 4.4