Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

различна и меняется в умеренной зоне от нескольких сантиметров до 2—3 м и в отдельных случаях более 5—7 м. Прослеживается до­ вольно четкая связь амплитуды колебания уровней в озере с вели­

няя годовая амплитуда уровней. Так, для оз. Ильмень средняя годо-

= 91; для оз. Кубенского Л =3,6 м, —=— = 40; для оз. Имандра А — г ОЗ

= 1,00 м ,- ^ = 1 4 .

Г ОЗ

Нем

Рис. 123. Внутривековая изменчивость уровней озер Ладож­ ского (/), Мазурских (2) и Венерн (3); шестилетние скользящие средние (по А. В. Шнитникову).

Уровни озер испытывают колебания не только в течение года, но и в многолетнем периоде. Эти колебания детально исследованы А. В. Шнитниковым. На примере озер Западной Азии, юго-востока европейской части СССР, Северо-Западной Европы им обнаружены внутривековые ритмические колебания с циклом 20—50 лет (циклы Брикнера), а также и большей длительности, относящиеся к веко­ вым (см. § 143). Внутри каждого цикла многоводная, или транс­ грессивная, фаза сменяется маловодной, или регрессивной. Подъем или падение уровней воды в озерах, прослеживаемые в эти фазы, являются результатом циклических колебаний общей увлажненно­ сти территорий: увеличения или уменьшения атмосферных осадков, повышения или понижения температуры воздуха, а соответственно, изменения испарения и стока рек. Внутривековые колебания уров­ ней некоторых озер Северо-Западной Европы представлены на рис. 123.

В озерах, так же как и в морях, наблюдаются непериодические сгонно-нагонные колебания уровней (см. § 48). В этих колебаниях отчетливо проявляется зависимость от морфометрических особенно­ стей водоема (размеров площади, конфигурации, глубины). На ма­ лых озерах сгонно-нагонные колебания уровней относительно неве­ лики и измеряются сантиметрами, на них быстрее возникает сопут­

речных сечений меняется не только для разных озер, но и для од­ ного озера. Так, в Ладожском озере при нагонном ветре со ско­ ростью 15 м/с уровень у глубокого северного берега повышается на 30 см, на южном мелководном подъем может быть в 3 раза

больше.

Продолжительность сгонно-нагонных явлений в озерах неве­ лика, порядка нескольких часов, порой 2—3 суток. Это зависит как от силы и продолжительности действия ветра одного направления, так и размеров самого водоема.

В настоящее время разработаны методы расчета сгонно-нагон­ ных колебаний уровней в озерах и водохранилищах, помещенные в специальных руководствах (Н. А. Лабзовский, А. В. Караушев).

Г Л А В А 40. ВОЛНЕНИЕ И ТЕЧЕНИЯ В ОЗЕРАХ

§ 181. Ветровое волнение

Основной причиной волнения на озерах является ветер. Волны на озерах в силу ограниченных размеров поверхности и сравни­ тельно небольших глубин отличаются от морских волн как по форме, так и по размерам (см. гл. 14). Особенности их заключаются

вследующем.

1.Волны на озерах обычно неправильные, трехмерные. В не­

больших озерах из-за неоднократного отражения волн от берегов и их интерференции возникает толчея. Вследствие малых объемов водной массы ветровые волны на озерах быстрее развиваются с возникновением ветра и сравнительно быстро гаснут с его пре­ кращением. Зыбь на озерах наблюдается редко; отмечена на круп­ ных озерах (на Иссык-Куле, Ладожском).

2.Высота волны на озерах меньше, чем на морях и океанах. Максимальной высоты волны достигают на крупных озерах: 3—4 м, иногда 5—6 м (оз. Мичиган 6,9 м, Ладожское озеро 5,8 м). На круп­ ных озерах преобладают волны со средней высотой примерно 0,5— 0,8 м. На малых озерах высота волн обычно не превышает 0,5 м.

3.Волны на озерах круче. Крутизна штормовых волн на боль­ ших озерах (Верхнее, Мичиган, Ладожское) при высоте 3—6 м и длине 30—80 м составляет 7м—7м. Обрушение гребня волн проис­

ходит при крутизне 7 Ï—7а.

Для вычисления размеров элементов волн на крупных озерах и водохранилищах разработаны расчетные методы. Широкое рас­ пространение получил метод А. П. Браславского, основанный на ис­ пользовании уравнения баланса волновой энергии и полевых на­ блюдений. Для удобства расчета им предложены серии номограмм, позволяющие по величине разгона, глубине водоема и скорости ветра определять высоту волны, а по высоте — крутизну, а следо­ вательно, и длину волны. Правила пользования номограммами из­ лагаются в специальных руководствах. Существуют также эмпири­ ческие формулы расчета элементов волн. Примером могут служить формулы В. Г. Андреянова:

Расчет по этим формулам возможен при условии, что на протя­ жении разгона волны глубина водоема # ^ 0 ,5 L .

Сейши возможны в водоемах любого размера. Но ввиду малой амплитуды на малых озерах их не всегда удается выявить. В записи уровней на лентах самописцев, установленных на сравнительно крупных озерах, они обнаруживаются часто как в чистом виде, так и среди других колебаний уровней. Сводная работа о сейшах на озе­ рах СССР выполнена в Ленинградском университете под руковод­ ством Л. К- Давыдова в 1963 г.

Причины, возбуждающие сейши на озерах, те же, что и в морях. Но основными из них являются изменения атмосферного давления

ются внутренние сейши. Впервые эти сейши обнаружены Е. Ватсо­ ном (Watson, 1903 г.). Изучались внутренние сейши главным обра­ зом на европейских озерах. В СССР они наблюдались на Аральском море и оз. Байкал. Период и амплитуда внутренних сейш значи­ тельно больше обычных сейш, о чем говорилось ранее (см. § 62). Наиболее отчетливо внутренние сейши проявляются на границе слоя температурного скачка, где они существуют долгое время. Об­ наруживаются внутренние сейши по периодическим колебаниям температуры воды на одних и тех же глубинах, почему их иногда называют температурными. Эти периодические колебания отчет­ ливо видны на рис. 126.

Сейши на озерах, особенно внутренние, могут оказывать боль­ шое влияние на формирование элементов гидрологического и био­ логического режима водоема. Сейши сопровождаются течениями,

периодически меняющимися по направлению. Особенно отчетливо они обнаруживаются в проливах, соединяющих озеро с заливами, лагунами, бухтами. Такого рода течения наблюдались в проливах озер Бол. Медвежье (Канада), Балатон (Венгрия), в Якимварском заливе Ладожского озера, Аральском море. В оз. Бол. Медвежье, по свидетельству наблюдателей, течения были настолько сильны, что препятствовали образованию в проливе ледяного покрова даже в суровые зимы.

Вертикальные и горизонтальные смещения в озерах во время сейшевых колебаний приводят, естественно, не только к периодиче­ ским колебаниям температуры, о которых уже упоминалось, но и

Рис. 126. Внутренние сейши с 15-часовым перио­ дом на глубине 9,5 м в оз. Уиндермер 25/ѴІ— 4/Ѵ11 1947 г. (по Мортимеру).

кпериодическим колебаниям содержания кислорода, взвешенных

ирастворенных в воде веществ. Они вызывают турбулентную диф­ фузию в зоне гиполимниона и способствуют обмену веществ между глубинными водами и водами побережий. На эту сторону явления

обращали внимание Л. С. Берг, Д. Хатчинсон, Г. Р. Фиш и др.

%

§183. Течения

Возерах наибольшее распространение имеют стоковые течения, ветровые и плотностные (конвекционные) (см. гл. 16).

Ст о к о в ы е течения возникают под влиянием притока речных

вод в озеро или оттока озерных вод в реку, вытекающую из озера. Эти течения связаны, таким образом, с поступлением (или удале­ нием) дополнительного объема воды в озеро и возникновением уклона водной поверхности в водоеме. В проточных вытянутых озе­ рах стоковые течения прослеживаются на всем протяжении озера. В других случаях, особенно если объем воды в озере велик по сравнению с объемом поступающей воды извне, стоковые течения отчетливы лишь на участках, прилегающих к устью рек. Скорости стоковых течений невелики и уменьшаются по мере продвижения