8. Рух озерної води

Поряд з коливанням рівнів води в озерах, спричиненим зміною співвідношення елементів водного балансу, тобто зміною водної маси озера, спостерігаються коливання рівнів, які відбуваються при постійному об'ємі водної маси. Це так звані денівеляції коливання, які спричинюють рух озерної води і в меншому ступеню залежать від інших факторів і умов.

Рух озерної води може бути коливальнім (сейші, хвилі) або поступальним (течії, згони, нагони, перемішування). В природі ці два види руху спостерігаються одночасно. Основними факторами, які спричинюють рух озерної води, є вітер, який викликає течії, хвилі, згони, нагони, перемішування, різниця густини води в різних шарах, що зумовлює конвекційне перемішування, а також водотокн, які впадають в озеро, або беруть з нього початок. Менше значення мають різка зміна атмосферного тиску, котра спричинює сейші, і тектонічні рухи (землетруси, виверження вулканів тощо). Ці сили діють нерегулярно.

Хвилювання — один з найпоширеніших видів коливального руху води. На озерах воно виникає під впливом вітру. Форма хвиль неправильна, тримірна. Навітряний схил хвилі крутіший, ніж підвітряний. Дуже часто під впливом вітрів різних напрямків хвилі одного напрямку перекриваються хвилями іншого. При незначних об'ємах водної маси вітрові хвилі в озерах швидко розвиваються з виникненням вітру, а з його припиненням порівняно швидко затухають. Максимальна висота хвиль на великих озерах буває 3 … 4 м, іноді — 5 … 6 м. Хвилі на озерах круті.

Глибина поширення хвиль від вітру на озерах обмежується кількома метрами, а на найбільших досягає 20 м. На оз. Байкал, наприклад, хвилі поширюються до глибини 8 … 10 м, а на Женевському озері — до 9 м.

Розміри хвиль в озерах, крім дії вітру, значною мірою визначаються конфігурацією і розмірами озера. Вітрове хвилювання зумовлює температурну та хімічну однорідності водних мас озера. Після припинення дії вітру водна маса озера намагається зайняти горизонтальне положення, а тому набуває коливального руху.

Сейші — це стоячі хвилі. Вони виникають при згонах і нагонах, різкій зміні атмосферного тиску в окремих частинах озера, при сейсмічних рухах. При сейшах у водоймі завжди є одна чи кілька точок (або ліній), навколо яких відбувається рух води, а рівень її в цих точках постійний. Такі точки називаються вузлами (рис. 8. 1). Залежно від кількості вузлів сейші бувають одновузлові та багатовузлові. Амплітуда, період і довжина сейшу неоднакова для різних озер і залежить від розмірів озера, його довжини та глибини. В невеликих за площею і довжиною, але глибоких озерах, коливання відбуваються швидко, то ж період сейшу короткій; а в таких же озерах, але мілких, сейші період сейшу подовжується. Амплітуда сейшу змінюється від кількох сантиметрів до метра і більше. На Каспійському й Аральському морях-озерах відомі сейші заввишки до 1 м; на Байкалі — 5 … 7 см, іноді 14 см, період — близько 5 год.

Р исунок 8. 1 Сейші на озерах: а - одновузлові сейші (К - вузол, А - В - нормальний рівень); б - двовузлові (N і N1 — вузли. А'В'С та АВС- зміна рівня під час сейшу)

Під дією вітру виникають і згінно - нагінні коливання рівнів. На малих озерах вони невеликі, займають обмежені площі і вимірюються сантиметрами. На великих озерах, таких, як Байкал, Онезьке, Аральське, Каспійське, коливання рівнів при згонах і нагонах досягають кількох десятків сантиметрів, а іноді і; більше метра (Цимлянське водосховище, Ладозьке озеро, Аральське море — до 2 м).

Рівні води озер під дією припливів та відпливів майже не змінюються. Невеликі за розмірами припливи (до 5 см) спостерігаються лише на оз. Мічіган.

Коливання рівнів посилюються біля пологих берегів, у бухтах, затоках.

Найбільш поширені в озерах стокові течії, вітрові й компенсаційні.

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

Якщо об'єм води в озері великий порівняно з об'ємом води, яка притікає або стікає з озера, стокові течії в озері незначні і спостерігаються лише на ділянках, розташованих безпосередньо біля витоку або гирла річки. Течії, які виникають у гирлах річок, у міру просування до відкритої частини озера змінюють свій напрямок і поступово затухають. Залежно від співвідношення густини озерної та річкової води течії поширюються або по поверхні озера, або занурюються в глибину.

Якщо об'єм води в озері в межах зливної призми невеликий порівняно з об'ємами води, яку приносять або виносять річки (що має місце в проточних озерах), тоді по всій довжині озера виникає течія, подібна до течії в річці, але з малими швидкостями. Швидкості стокових течій невеликі (не більше 0,3 м / с) і змінюються залежно від зміни витрат води приток.

Стокові течії на великих озерах простежуються на різних відстанях від гирла або витоку річок залежно від швидкості їхньої течії й витрат води. Так, за даними Верещагіна Г. Ю., води Селенги формують стокові течії тільки влітку на відстані 30 км від гирла, а стокові течії в районі витоку Ангари відзначаються в Байкалі лише за 3 км. Стокові течії мають сезонну періодичність, що обумовлюється коливаннями водності річок протягом року.

Вітрові течії в озерах відзначаються значною несталістю. Режим їх дуже тісно пов'язаний з режимом панівних у даному районі вітрів. Залежно від швидкості вітру, об'єму водної маси, конфігурації берегів, розмірів озерної улоговини, наявності островів тощо вітрові течії можуть поширюватися на різні глибини, а іноді (в основному на малих озерах) охоплювати всю водну масу і досягати дна озера.

Якщо напрямок стокових і вітрових течій збігається, то утворюються тимчасові або постійні течії, які проходять по всьому озеру (наприклад, в озерах Байкал і Балхаш).

Поблизу берегів вітрові течії спричинюють підйоми або зниження рівнів води залежно від напрямку вітру відносно берега. При цьому виникає похил рівня озера, що призводить до зміни градієнта гідростатичного тиску на різних його ділянках і до появи глибинної компенсаційної течії, яка сприяє збереженню рівноваги води в озері. Одночасно поверхнева вітрова течія уповільнюється; у великих озерах біля довгих прямолінійних берегів компенсаційна течія має напрямок уздовж берега, в малих озерах, бухтах, звуженнях — протилежний напрямку вітрової течії. Якщо вітер протягом тривалого часу одного напрямку, в невеликих озерах уся вода може брати участь у круговому русі — виникає вертикальна вітрова циркуляція. Крім вітрової циркуляції, всім озерам властива об'ємна циркуляція, зумовлена різницею густини води в різних ділянках озера.

Після виникнення течія не залишається незмінною, оскільки на неї виливають ще й другорядні сили, сила тертя (внутрішнього і об дно та береги озера), сила Коріоліса - відцентрова сила. В мілких озерах дія сили Коріоліса гаситься силами тертя об дно, а величиною відцентрової сили внаслідок незначної швидкості руху води в цих озерах можна знехтувати.

Розміри озера, форма улоговини, порізаність берегової лінії також деформують течію, яка утворилася під дією однієї або кількох причин. Тому в кожному озері течії мають специфічні риси, характерні тільки для нього.