Тема 3.3. Рівень води та водний баланс

3.3.1. Рівнево – поверхневі води. Причини коливань рівня води.

Рівнем моря називається висота поверхні моря, вільна від впливу вітрових хвиль, яка вимірюється відносно умовного горизонту.

Рівневою поверхнею називається поверхня морів та океанів, нормальна до напряму сили ваги.

Вільна поверхня Світового океану в стані спокою уявляє собою фігуру, яка називається геоїдом.

Результати спостережень за рівнем води показують, що поверхня Світового океану не залишається в спокої, а знаходиться в постійному коливанні під впливом багатьох сил і відрізняється від геоїда.

Причини коливань рівня моря.

Гідрометеорологічні процеси – це атмосферні опади, тиск, вітер, випаровування, річний стік, теплові процеси та інші.

1) Зміна атмосферного тиску на 1 ГПа змінює рівень води на 1 см, при піднятті тиску рівень знижується і навпаки.

2) Під впливом вітру коливання рівня дуже значні. Сезонні коливання рівня пов’язані з мусонними вітрами. В мілководних районах Світового океану коливання рівня викликають згонно–нагоні вітри, які виникають при походженні циклонів.

3) Коливання рівня, викликані нерівномірним надходженням опадів, річкового стоку або витратами води (випаровуванням), також можуть бути значними. Так, сильні зливи можуть викликати короткочасні підйоми рівня: незначне підвищення рівня спостерігається в місцях, близьких від гирла річок за рахунок річкового стоку. В морях, до яких впадають багато річок (Чорне море) , коливання річкового стоку впливає на коливання рівня моря.

4) Коливання рівня, викликане зміною густини води, пов’язані з зміною її солоності і особливо температури. Так, влітку, при зменшені густини води збільшується її об’єм і підвищується рівень, взимку – навпаки.

Коливання під впливом геодинамічних сил . До них відносяться вікові коливання рівня, обумовлені поступовим вертикальним рухом – підйомом чи зниженням, а також тектонічні коливання рівня. Тектонічні коливання, викликані землетрусами, моретрусами, виверженнями вулканів. Ці явища викликають різкі і часто катастрофічні коливання рівня моря (цунамі, сейші).

Евстатичні коливання рівня – це зміна рівня Світового океану, пов’язана із зміною ємності морів та океанів. Об’єм води Світового океану зазнає вікові коливання океану, що пов’язано з наставанням та відставанням материкових льодовиків. Під час найбільшого в четвертичному періоді обледенінні суші більша маса води Світового океану відклалась в вигляді материкового льоду на суші. В результаті рівень води був на 120-150 м. нижче сучасного. Після загального потепління лід відступив, рівень Світового океану підвищився і 6000 років назад стабілізувався.

3.3.2 Характеристики рівня води.

Розглядаючи рівневий режим морів та океанів, виділяють наступні його характеристики:

Середній добовий рівень – це середній із щогодинних або строкових значень рівня за добу. Коливання середніх добових рівняв досягає 2-3 м.

Середній місячний рівень розраховується як середній із щогодинних або строкових значень рівня за місяць. Коливання середньомісячних рівнів складає кілька десятків сантиметрів.

Середній річний рівень знаходиться як середнє значення із щогодинних або строкових значень за рік. Дозволяється розраховувати середній річний рівень із середніх місячних рівнів. Змінення середніх річних рівнів незначне – до 20 см.

Середній багаторічний рівень розраховується як середнє арифметичне із середніх річних рівнів за певний період часу. Середній багаторічний рівень називають нормальним рівнем.

Нуль глибини – умовна поверхня, до якої приводяться всі глибини на морських навігаційних картах.

Нуль Кронштадтського футштоку – горизонтальна лінія на металевій пластині, закріпленої на устої моста через обвідний канал в м. Кронштадті. Нуль футштоку прийнятий в якості нульової поверхні системи абсолютних висот.

Єдиний нуль постів моря – єдина умовна поверхня, від якої виконуються відлік рівня моря на всіх постах даного моря або декількох морів. За єдиний нуль постів моря на морях СНГ, які мають зв’язок з океаном , прийнятий горизонт, який лежить на 5.000 м нижче нуля Кронштадтського футштоку (- 5,000м). Спостереження за рівнем води Світового океану вперше були розпочаті в Амстердамі в 1682 р. На території Росії спостереження за рівнем моря були розпочаті Петром І в Кронштадті в 1703 році.

В теперішній час систематичні спостереження за рівнем води Світового океану ведуть більше 1000 морських станцій.

На протязі 250-300 років спостерігались окремі підйоми та спади рівня Світового океану (приблизно через кожні 33 роки). З 10-х – 20 х років ХХ століття розпочався інтенсивний підйом рівня Світового океану, який складає 1 мм за рік. За останні 60 років рівень піднявся на 10 см, що пов’язано з загальним потеплінням на нашій планеті майже на 1^оС. Ординар поста – середній багаторічний рівень в даному пункті, розрахований за визначене число років спостережень.

Повторність та забезпеченість рівня.

Для мореплавців, проектування та будови гідротехнічних споруд важливо знати продовження стояння рівня води.

Повторність стояння рівня – це число випадків стояння рівня в межах даного інтервалу.

Забезпеченість – це число випадків, коли рівень був вищий або дорівнював заданому значенню, визначається у відсотках.

Повторність та забезпеченість рівня розраховується по строковим або середньодобовим значенням за необхідний період часу в такій послідовності (див. табл. 3.1.)

1. Розраховують амплітуду коливань рівня води за даний період часу.

2. Розбивають одержану амплітуду на рівні інтервали, щоб їх кількість була в межах 10-20. Рекомендується брати інтервал через 5,10,20,30,40, та 50 см. Значення інтервалів рівнів в таблиці розташовується від великого до малого.

3. Потім підраховується число випадків для кожного інтервалу по строковим або середньодобовим спостережень за рік. Загальна кількість випадків повинна дорівнювати числу спостережень (табл. 3.1.)

4. Забезпеченість за рік знаходять внаслідок послідовного додавання повторності. За результатами обчислень будують графіки – криві повторності та забезпеченості.

Таблиця 3.1.

Повторність та забезпеченість щогодинних рівнів моря.