- •Ющенко ю.С.
- •Чернівці Зелена Буковина 2005
- •Наука про природні води
- •Предмет і об’єкт гідрологічних досліджень
- •1.1.1. Уявлення про природні води до Нового часу
- •1.1.2. Формування основ наукової гідрології
- •1.1.3. Сучасна гідрологія
- •1.1.4. Природні води — об’єкт дослідження гідрології
- •1.1.5. Різноманітність водних об’єктів Землі
- •1.1.6. Колообіги та циркуляції природних вод
- •Середньорічний водний баланс Землі [12]
- •1.1.7. Зміни водних об’єктів в часі
- •1.1.8. Основні гідрологічні поняття та терміни
- •Фундаментальні основи гідрологічних досліджень
- •1.2.1. Молекули та надмолекулярні структури води
- •1.2.2. Агрегатні стани та фазові переходи води
- •1.2.3. Густина води
- •1.2.4. Теплові властивості води
- •1.2.5. В’язкість, поверхневий натяг та змочування
- •1.2.6. Деякі фізичні властивості снігу та льоду
- •1.2.7. Умови перебування води в ґрунтах та породах
- •1.2.8. Механіка рідини і дослідження природних вод
- •1.2.9. Основи статики природних вод
- •1.2.10. Загальні поняття та визначення гідродинаміки
- •1.2.11. Види руху водних потоків
- •1.2.12. Два режими руху рідини
- •1.2.13. Рівняння нерозривності
- •1.2.14. Рівняння Бернуллі
- •1.2.15. Рух поверхневих водотоків
- •1.2.16. Спокійні та бурхливі потоки
- •1.2.17. Приклади ламінарного руху
- •1.2.18 Течії у водойомах
- •1.2.19. Хвилі у воді
- •1.2.20. Стратифікація, стійкість та перемішування природних вод
- •1.2.21. Природні води як хімічний розчин
- •1.2.22. Основні типи домішок у природних водах
- •Головні іони в океанічних водах (за с. Бруєвичем)
- •1.2.23 Гідрохімічна класифікація природних вод. Зміни їх складу
- •1.2.24. Забруднення та якість природних вод
- •Методи гідрологічних досліджень
- •1.3.1. Математичні методи, інформатика
- •1.3.2. Системний підхід
- •1.3.3. Експеримент та моделювання
- •1.3.4. Порівняння, типізація, класифікація
- •1.3.5. Історичний метод
- •1.3.6. Прогнозування
- •1.3.7. Експедиційний метод
- •1.3.8. Вимірювання, спостереження, моніторинг
- •1.3.9. Балансові методи
- •1.3.10. Картографічні методи
- •1.3.11. Географо-гідрологічні методи
- •1.3.12. Еколого-гідрологічні методи
- •Гідрологія водних об’єктів
- •Гідрологія океанів і морів
- •2.1.1. Поділ Світового океану
- •Основні характеристики океанів
- •2.1.2. Рельєф дна та донні відклади Світового океану
- •2.1.3. Розподіл основних гідрологічних характеристик та водні маси океану. Процеси перемішування
- •2.1.4 Морський лід
- •2.1.5. Морські хвилі
- •2.1.6. Припливи в океані
- •2.1.7. Морські течії
- •2.1.8. Рівень океанів і морів
- •2.1.9. Життя в океані
- •2.1.10. Моря України
- •Гідрологія льодовиків
- •2.2.1. Процеси утворення льодовиків
- •2.2.2. Рух льодовиків
- •2.2.3. Розповсюдження, основні типи, будова та гідрографічна сітка льодовиків
- •2.2.4. Баланс та режим льодовиків
- •2.2.5. Процеси та явища пов’язані з льодовиками
- •Гідрологія підземних вод
- •2.3.1. Походження підземних вод
- •2.3.2. Класифікації підземних вод
- •2.3.3. Води зони аерації
- •2.3.4. Ґрунтові води
- •2.3.5. Артезіанські води
- •2.3.6. Підземні води у тріщинуватих та закарстованих породах
- •2.3.7. Структури підземної гідросфери
- •2.3.8. Рух підземних вод
- •2.3.9. Підземний стік
- •2.3.10. Природні явища та процеси пов’язані з підземними водами
- •Гідрологія річок
- •Найбільші річки світу
- •2.4.1. Річкові системи
- •2.4.2. Річкові водозбори
- •2.4.3. Річкові долини
- •2.4.4. Русла та заплави річок
- •2.4.5. Рух води в річках
- •2.4.6. Поняття про водний режим річок
- •2.4.7. Процеси водного живлення річок
- •2.4.8. Аналіз водного режиму річок
- •2.4.9. Рівневий режим річок
- •2.4.10. Утворення та основні характеристики річкових наносів
- •2.4.11. Основні категорії та стік наносів
- •2.4.12. Поняття про русловий процес річок
- •2.4.13. Типізації та класифікації руслового процесу
- •2.4.14. Термічний режим річок
- •2.4.15. Льодовий режим річок
- •2.4.16. Гідрохімічний режим та особливості гідробіології річок
- •Гідрологія озер
- •Найбільші озера світу
- •2.5.1. Котловини озер
- •2.5.2. Морфометрія та морфологія озер
- •2.5.3. Термічний режим озер
- •2.5.4. Льодовий режим озер
- •2.5.5. Динаміка озер
- •2.5.6. Водний режим озер
- •2.5.7. Гідрохімічні та гідробіологічні особливості озер
- •2.5.8. Донні відклади озер
- •Гідрологія особливих типів водних об’єктів
- •2.6.1. Сніговий покрив
- •2.6.2. Гідрологічні явища та процеси в зоні багаторічної мерзлоти та холодного клімату
- •2.6.4. Гідрологія водосховищ
- •2.6.5. Канали та гідромеліоративні системи
- •2.6.6. Гідрологія боліт
- •2.6.7. Гідрологія гирл річок
- •Типи гирлових областей річок
- •Загальні гідрологічні явища та процеси
- •Природні води і атмосфера Землі
- •3.1.1. Кліматична система Землі і природні води
- •Характеристики складових кліматичної системи Землі
- •3.1.2. Взаємодія океану та атмосфери
- •3.1.3. Атмосферна ланка колообігу води
- •Водний баланс та стік води з суходолу
- •3.2.1. Водний баланс територій
- •3.2.2. Формування стоку
- •3.2.3. Стік води в річках
- •Природні води і тверде тіло Землі
- •3.3.1. Літосфера та підземні води
- •3.2.2. Ендогенний вплив на поверхневу гідросферу
- •3.3.3. Природні води і рельєф
- •3.3.4. Гідрогенні відклади та акумулятивні утворення
- •Природні води та еволюційні процеси
- •3.4.1. Еволюція географічної оболонки та її складових
- •3.4.2. Біогенний етап розвитку природних вод
- •3.4.3. Антропогенний етап розвитку природних вод
- •Заключення Новітній етап розвитку гідрології
2.5.6. Водний режим озер
Основні фактори водного режиму озер зручно аналізувати за допомогою рівняння водного балансу. Воно може бути записано в об’ємних одиницях або в шарах. Запишемо перший вид рівняння:
(2.62)
де — опади на дзеркало озера; — поверхневий притік з водозбора; — підземний притік; — конденсація на дзеркало озера; — поверхневий стік (відтік); — фільтрація (підземний стік); — випаровування; — зміни запасів води (об’єму озера) за рахунковий період часу . Поверхневий відтік та фільтрація з озера залежать від рівня води в ньому:
(2.63)
(2.64)
Для того, щоб перейти до запасу у шарах необхідно об’ємні складові балансу віднести до площі озера. Деякі складові одразу визначаються у шарах.
(2.65)
де — площа дзеркала за даний період ( ).
Якщо прийняти, що підземний притік та відтік приблизно збалансовані і малі, а також знехтувати то отримаємо:
(2.66)
За багаторічний період коливання рівня (зміни об’єму) озера збалансовані, Тоді:
(2.67)
При цьому називають рівнем рівноваги, а — середня багаторічна площа дзеркала озера. Для безстічного озера рівняння приймає вигляд:
(2.68)
Любе озеро являє собою саморегульовану систему. Наприклад при збільшенні рівнів збільшується відтік, а також площа озера та випаровування з неї. При зменшенні поступання вод саморегуляція спрацьовує в іншому напрямку.
Прихідна та витратна частини водного балансу озера віднесені до його об’єму є непрямим показником процесів заміни води в ньому. Для характеристики їх інтенсивності вводять коефіцієнт зовнішнього водообміну:
(2.69)
де — сума складових прихідної частини балансу; — сума витратних складових. розраховують для періоду часу . Якщо він відносно невеликий, то , якщо ж достатньо великий, то . Період часу для якого називають періодом умовного водообміну ( ). Ці показники залежать від величини (об’єму) озера у порівнянні з дією зовнішніх факторів (наприклад питомим водозбором — ). Інтенсивність дійсних процесів обміну різна в різних частинах озера. Найбільш активно змінюються приповерхневі шари та прибережні води. Період умовного водообміну у найкрупніших озер досягає сотень років (оз. Байкал — = 300-380 років, 0,02-0,03; Каспій — 200 років). Для середніх озер він складає роки та десятки років (в середньому для всіх озер світу 17 років). Вода в дрібних проточних озерах може замінюватися за 10-15 годин.
Структура водного балансу озер (співвідношення між основними складовими) залежить від природних умов, в яких вони знаходяться. Тому вона, як і водний режим, підкоряється закону географічної зональності. Озера вважають індикаторами клімату місцевості, його вікових змін. Багато їхніх характеристик залежить від цього. В областях достатнього і надлишкового зволоження як правило переважають та , хоча можуть існувати верхові озера, що живляться в основному опадами. В областях недостатнього зволоження зменшується кількість стічних озер, у витратній частині балансу переважає випаровування. У прихідній частині в залежності від особливостей клімату і питомого водозбору співвідношення притоку та опадів може бути різним. Притік і стік води у всіх зонах в основному здійснюється поверхневим способом. Озера зі значним підземним живленням або стоком зустрічаються рідко і для цього повинні бути особливі умови (причини).
Головні риси залежності водного балансу та водного режиму озер від природних умов були використані Б.Б. Богословським для створення відповідної їх класифікації.
СП — стоково-приточні (оз. Ері: = 87%; = 99%);
СН — стоково-нейтральні (оз. Онезьке: = 86%); х = 28%; = 72%);
СД — стоково-дощові (дрібні верхові озера зволожених територій);
ВП — випаровуючі-приточні (оз. Чад: z = 100%; = 88%);
ВН — випаровуючі-нейтральні (оз. Чани: z = 100%; = 43%; х = 57%);
ВД — випаровуючі-дощові (оз. Вікторія: z = 83%; х = 86%).
Існують також повністю нейтральні озера. Наприклад оз. Балатон: = 58%; х = 42%; = 42%; z = 58%.
Мінливість водного балансу призводить до змін рівнів води в озерах. Існують також короткочасні, особливі коливання рівнів пов’язані з перерозподілом заданого об’єму в різних частинах озера (згонно-нагонні, сейшеві, бароградієнтні).
Коливання пов’язані зі змінами водного балансу (об’єму води в озері) можна поділити на 1) вікові та багаторічні; 2) сезонні.
Сезонні коливання, як і у річок, залежать від основних джерел живлення (рис. 2.75). Особливості коливання залежать також від морфометричних характеристик самого озера та його водозбору. Амплітуди коливань пропорційні питомому водозбору.
Вікові коливання рівнів — найбільш яскрава риса водного режиму озер. Їх вивчення може служити також непрямим доказом існування кліматичних змін зволоженості територій. Тому якщо річки, за О. Воєйковим, є продуктом клімату, то озера можна назвати його індикатором. Такого роду дослідження проведені для різних територій. Причини дуже довготривалих коливань можуть бути також тектонічними та іншими. В сучасних умовах все більше впливає антропогенний фактор. Короткочасні (анемобаричні) коливання рівнів крупних озер складають десятки сантиметрів, але деколи можуть досягати 1-2 м. Їх тривалість складає від декількох годин до 2-3 діб. Серед другорядних коливань деколи виділяється один основний пік. Коливання пов’язані з ходом швидкості вітру.
Озера впливають також на водний (і весь гідрологічний) режим річок, що з них витікають.