Файл: Богословский, Б. Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища.pdf

грунтовыми и дождевыми «одами (озера Барабмнской и Кулундинской степи в Западной Сибири, рис. 37, б).

Для озер, питающихся талыми водами ледников и высоко­ горных снегов, характерен летний .максимум уровня. К таким водоемам относятся как крупные озера засушливых равнин, по­ лучающие питание из горных частей бассейнов (Арал, Балхаш, Зайсан), так и гарные озера (Иссык-Куль, Телецкое, рис. 37, в; ряд озер Кавказа, Алтая). Амплитуды колебаний уровней варь­ ируют от 0,5—1 (Севан, Иссык-Куль) до 4—5 м (Телецкае).

Рис. 37. Графики колебаний уровней воды в средние по вод­ ности годы в озерах Плещеево (Переславское), 1948 г. (а), Убинс.кое, 1950 г. (б), Телецкое, 1949 г. (в), Байкал, 1940 г. (г)

и Ханка, 1949 г. (д)

На режиме озер Дальнего Востока, Забайкалья, ряда райо­ нов северо-шостока СССР, Камчатки сказывается преобладание

37, г) и ряда озер Забайкалья. Для озер верхних частей бассейнов Я'НЫ и Индигирки характерны весенний подъем уровня от снего­

вызывают подъемы уровней с весны до коица лета. На озере Ханка (ДВК) с 'Преобладанием дождевого питания -авязины паводкообразные колебания уровня в течение всей теплой части года (рис. 37, д).

В озерах происходят не только внутригодовые, но и много-

.летние или вековые колебания уровней. Последние связаны с колебаниями климата (атмосферных осадков, летних темпера­ тур воздуха и связанного с ними испарения) различной периодич­ ности. Вековые колебания необходимо учитывать при характери­ стике режима уровней озер для различных народнохозяйствен­ ных целей.

4. Термина озер

Термическое состояние озера Обусловлено приходом и поте­ рями тепла и распределением тепла по глубине и объему.

Основными показателями термики озер являются теплозапас, т. е. количество тепла, содержащееся в озере (в калориях на весь водоем или в калориях «а 1 ом2 его зеркала), и темпера­ тура воды. Теплозапае зависит от соотношения прихода и потерь тепла, т. е.-от теплового баланса водоема. Поступление и отда­ ча тепла происходит главным образом через поверхность озера. Распределение тепла в воде озер связано с происходящими в ней движениями: течениями, волнами, перемешиванием.

Таким образом, термическое состояние озера в любой мо­ мент времени является, с одной стороны, функцией географиче­ ского положения озера и его бассейна, от которого зависит кли­ мат, метеорологические условия, а .следователья-о, и тепловой баланс, с другой,—функцией динамики вод, обусловленной как воздействием метеорологических факторов и стока, так и фор­ мой и размерами котловин.

Тепловой баланс озер может быть -представлен в виде урав­ нения-

148

Qoc — тепло, поступающее с жидкими осадками или затр а чиваемое на таяние твердых осадков;

Qx — тепло, выделяемое при льдообразовании или затра­ чиваемое на таяние льда;

Q6 — тепло, выделяемое или затрачиваемое при биологи­ ческих и биохимических процессах;

QM— поступление тепла за счет перехода механической энергии в тепловую;

A Q — изменение теплозапаса озера за исследуемый период времени.

Поглощенная водой солнечная радиация (Qp ) настолько превышает остальные источники прихода, те'пла, что в расчетах обычно принимается за единственный источник напрева вод.

Основные потери тепла происходят за счет испарения (Q„), теплообмена с атмосферой (QTa) и эффективного излучения (Q3„ )• В годовом балансе теплообмен с дном (QTa) и изменения тепла, связанные с ледовыми явлениями (С2Л), нивелируются, так как в каждом из них приход и расход тепла компенсируется. <2л учитывается только в периоды ледовых явлений, a Q7Jl мо­ жет иметь значение для неглубоких (менее 20 м) озер. Осталь­ ными составляющими можно пренебречь. Сказанное подтверж­ дается данными расчетов теплового баланса озер различных географических зон СССР. Потери тепла на испарение домини­ руют в расходной части теплового баланса озер в любых геогра­ фических условиях. Значение их возрастает с севера на юг, в то время как относительная роль потерь на эффективное излучение и турбулентный теплообмен с атмосферой снижаются в том же направлении. Так, Сенежское озеро (Московская Область) теря­ ет за счет испарения (QH) 46% тепла, поступившего на его по­ верхность от солнечной радиации, за счет излучения (Q3„ ) —32, за счет теплообмена с атмосферой (QTa) —18,4%. Для Убинского озера (Новосибирская область) Q„ составляет 63, Q3li-—27, Qта—6,5%, для озера Барманцак (Прикаспий) —73, 23,6 и 1,6% соответственво.

В периоды преобладания приходной части теплового балан­ са над расходной теплозалас и температура воды озера увели­ чиваются, при превышении расходной— уменьшаются. Более интенсивно орогреваются мелкие озера небольшого объема, зна­ чительно медленнее —крупные и глубокие. Так, по данным П. Ф. Домрачева, средняя температура воды во время наиболь­ шего летнего прогрева достигает в некоторых мелких (глубина

их размеров и формы) до второй половины лета. Зимой в мелких ■слабопроточных озерах ощутимо оказывается прогрев от дна, получившего значительное количество тепла из воды летом. Он

t4B

а

JV V VI VII VIIIIX. X XI

Рис. 38. Внутригодовой ход средних месячных темпера­ тур воздуха (1) и воды у берега (2) озер Сенно и Нарочь (БССР) (а, по О. Ф. Якушко) и температуры воды на различных глубинах Онежского озера (б, по А. И. Ти­

хомирову)

может значительно повысить температуру придонного слоя воды мелких озер. Так, зимой 1965 г. температура воды озер Черствяты и Паульского (БССР) на глубине 3—5 м достигала 4°С.

Наблюдается четкая зав»сймо1сть между температурой воз­ духа и температурой воды озер. Благодаря термической инер­ ции воды, ход температуры поверхности озер запаздывает по сравнению с ходом температуры воздуха (рис. 38, а). Весной

150

температура воды ниже, летом и осенью выше температуры воз­ духа. Амплитуда колебаний температуры воды меньше, чем воз­ духа. Аналогично и соотношение колебаний температур воды и воздуха в течение суток: вода холоднее воздуха днем и теплее утром и ночью. Колебания температуры воды оказываются до различных глубин ,в зависимости от интенсивности перемешива­ ния. Амплитуда их с глубиной уменьшается (рис. 38, б). Зави­ симости между температурой воды и воздуха используются для расчетов температуры воды.

Озера, особенно крупные, отличаются неоднородностью рас­ пределения температуры воды как по вертикали, так и по гори­ зонтали. Она связана с различным прогревом мелких и глубоких участков и с движением вод. Большая часть поглощенной сол­ нечной радиации аккумулируется в самом верхнем слое воды. При малой молекулярной теплопроводности воды это тепло мо­ жет проникать в глубины только вместе с движущимися части­ цами воды.

Перенос тепла :в глубины связан с двумя видами перемеши­ вания вод: конвективным — вертикальным обменом частиц раз­ личной плотности и фрикционным (турбулентным), вызванным каким-либо внешним факторам, большей частью ветром.

Конвективное перемешивание может привести к нагреву глубинных слоев пресного озера только при исходной температу­ ре их ниже 4°С (температура наибольшей плотности). В этом случае температура частиц воды, нагревающихся в поверхност­ ном слое водоема, приближается к температуре наибольшей плотности. Тогда эти частицы как более тяжелые погружаются в глубину, вытесняя вверх более легкие холодные. Такой обмен продолжается до достижения всей водой температуры наиболь­ шей плотности (4°С). При дальнейшем нагреве и отсутствии тур­ булентного перемешивания тепло будет накапливаться только в верхнем слое воды. При температуре выше 4°С конвекция может только охлаждать озеро, так как в глубины будут поступать с поверхности холодные воды. Теплые, менее плотные воды могут проникнуть в глубины только при турбулентном перемешивании, вызываемом в озерах ветром.

В связи с изменениями теплового баланса и интенсивности перемешивания в водоемах наблюдаются сезонные изменения распределения температуры по вертикали. Наиболее четко они выражены в озерах умеренной климатической зоны.

Зимой в .придонных слоях этих озер находятся более теп­ лые воды с температурой, близкой к 4°С. К поверхности темпе­ ратура понижается до 0°С .в подледном слое. Такое распределе­ ние температуры называется о б р а т н о й т ем л е р а ту р и ой с т р а т и ф и к а ц и е й (слоистостью) (рис. 39, кривая 2)-

После вскрытия озера начинается весенний прогрев, во вре­ мя которого частицы, нагревшиеся у поверхности воды до темпе­ ратуры, близкой к 4°С, опускаются в глубину, а более легкие

151

холодные поднимаются к 'поверхности. Перемешивание продол­ жается до момента нагрева всей водной м-ассы до 4°С — в есеяней г о м о т е р м ии (рис. 39, кривая 3). Гомотермия (наличие одинаковой температуры по всей глубине) при сильном ветро­ вом перемешивании может наблюдаться и при более высоких температурах, особенно в мелких озерах. Даже в таком крупном озере, как Ильмень, она часто бывает и летом.

Дальнейший нагрев захватывает только поверхностный слой воды. Возникает разность температуры и зависящей от нее плот­ ности между верхними и глубинными слоя1МИ озера. -Воды озера приобретают у с т о й ч и в о с т ь (сопротивляемость перемешива-

ней — г и п о л и м н и о н е — находятся наиболее холодные воды и температура медленно понижается ко дну. Между ними распо­ ложен тонкий (от нескольких дециметров до нескольких метров) слой, в котором температура резко уменьшается с глубиной. Паде­ ние ее может достигать нескольких десятков градусов, а градиент

благодаря резкому изменению плотности воды с глубиной, про­ никновению в гиполимнион не только тепла, но и кислорода и других растворенных элементов.

Осеннее охлаждение начинается с зпилимниона, температу­ ра которого понижается в результате отдачи тепла в атмосферу. С уменьшением разности температур и градиента плотности в слое скачка уменьшается устойчивость. Ветровое перемешива­ ние захватывает все более глубокие слои, затем все озеро. На­ ступает отсеян я я г о м о т е р м и я , аналогичная весенней. После охлаждения всей массы воды до 4°С дальнейшее выхола-

152