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

ными градиентами (плотности. Такие течения наиболее устойчивы в крупных глубоких озерах оо сложным строением -котловин и большими различиями глубин в центральной и прибрежной ча­ стях. Весенне-летний пропрев и осеннее охлаждение вод таких озер происходит более интенсивно в мелководных прибрежных, чем в глубоких центральных районах. Значительные различия абсолютных значений 'Температур и высокие горизонтальные температурные (градиенты между этими участками озер, особен­ но весной и осенью, (приводят к формированию устойчивых плот­ ностных течений, носящих обычно циклональный характер (дви­ жение против часовой стрелки). Наибольшие старости течений наблюдаются на 'участках 'перехода от прибрежий к глубокой части, к которым приурочены максимальные горизонтальные градиенты температур воды.

Плотностная циркуляция наиболее устойчива при скоростях ветра до 5—6 м/с, и хорошо прослеживается до глубин 50 и бо­ лее метров. Средние скорости течений невелики (в Ладожском и Онежском озерах на поверхности —4—5, на глубине 25 м — 3—4, на глубине 50 м —1—2 ем/с), (наибольшие того же поряд­ ка, что и скорости дрейфовых течений (на поверхности—25—35,

С т о к о в ы е течения связаны с поступлением в водоем вод притоков и стоком через вытекающие реки (в водохранилищах 'со сбросами воды через плотины). Часть стокового течения, -про­ ходящая с мало изменяющимися расходами воды через водоем или его участок, называется транзитным течением. Обязатель­ ным условием развития -стокавоно течения является уклон вод­ ной поверхности. Течения эти в крупных озерах 'сказываются в районах устьев притоков или .истоков вытекающих рек. На Бай­ кале, например, течения от впадающих ,рек наблюдаются на рас­ стояниях 1—3 км от устьев, втягивание вод в исток Ангары при­ мерно на таком же .расстоянии. Воды рек Волхова и Овири, впа­ дающих в Ладожское озеро с юга и юго-востока, по косвенным признакам обнаруживаются в север-о-восточной части водоема.

Стоковое течение в средней части озера Балхаш, связанное с (разностью уровней воды в его западной части, пополняемой во­ дами -р. Или, и восточной, отличающейся большими потерями во­ ды на испарение, имеет скорость 0,5—4 м/с.

Примером водоема с течениями, обусловленными как сто­ ком, так и режимом ветров, может служить Аральское море. Ос­ новное течение в -нем направлено от устья Амударьи вдоль за­ падных берегов .на север, затем на.восток и .юг к устью Сырдарьи. Оно поддерживается, кроме стока, преобладающими юго-восточ­ ными Петрами (в районе устья Амударьи.

С г о н ы и н а г о н ы —перекосы уровня с понижением его (огоном) у одного берега и повышением (наганом) у противо-

170

положйо1го — сседаются дрейфовыми течениями, перемещающи­ ми .мас1сы воды. Соответственно денивеля'ц'и-и уровня испытыва­ ют наклон и изобарические поверхности, в результате чего 'гидростатическое давление ,в точках одной и той же горизонталь­ ной плоскости становится различным. Возникает компенсани­ онное течение, противоположное по направлению дрейфовому. Компенсационные течения большей частью развиваются в глу­ бинных и придонных слоях, но могут образовываться и на по­ верхности водоема. В последнем случае возникает горизонталь­ ная -циркуляция в верхнем слое воды.

У приглубых берегов трение о дно меньше оказывается на компенсационном течении, которое благодаря этому захватыва­ ет значительный слой воды. При наличии у нагонного берега мел­ ководных участков компенсационное течение вследствие тре­ ния о дно ослабляется и перемещает в сторону сгонного берега значительно меньше воды, чем от приглубого берега. В результа­ те этого нагон у отмелых берегов выше. Так, по. расчетам Т. И. Малининой, высота -нагонов при ветре 15 м/с у северных приглубых (берегов Ладожского -озера достигает 30, а у отме­ лых южных —90 см.

Нагоны достигают наибольшей величины в узких и мелких заливах, в том числе ,в устьях и истоках рек и в вытянутых но направлению ветров озерах и водохранилищ-ак. Например, -на во­ домерном посту Осинов-ец в южной части Ладожского озера 12/Х 1961 г. при северо-северо-восточном ветре 12 м/с высота нагана была 7, в то время как в истомеНевы (П-етроирепость) 30, а в устье р. Н-азии на южном берегу 21 ем. На Цимлянском водохранилище разность уровней сгонного и нагонного участков превышает 1 м. Разность уровней воды между участками сгона

а — угол между направлением ветра и продольной осью водоема;

h — средняя высота волны.

Сейши. В результате данивеляций поверхность озера может принять не горизонтальное положение: на одном участке уро­ вень -повысится, на другом понизится. После прекращения дей­ ствия силы, вызвавшей данив-ел-яцию, вся водная масса озера, стремясь возвратиться .в положение равновесия, придет в коле­ бательное движение. Колебания будут постепенно затухать под влиянием трения. Такие колебания, являющиеся стоячими волна­ ми, называются с е й ш а м и . Причинами |возни-кн,о(вения сейш могут быть ветер, вызывающий сг-ояы и нагоны, ра'зность а-тмо-

171

При 'Сейшах в- водоеме всегда имеется одна или насколько точек (линий), вокруг которых происходят колебания водной по­ верхности и в которых уровень неизменен. Они называются узла­ ми (узловыми линиями). В зависимости от количества узлов сейши бывают одноузловыми и многоузловыми (двухузловые, трехузловые и т. л.). По обе стороны от' узлов амплитуды верти­ кальных (Колебаний ча1стиц увеличиваются и в некоторых пунк­ тах, называемых пучностями, достигают максимума (рис. 44, б).

Если фактор, вызвавший дени1веляцию (в случае нагона — ветер), продолжает действовать, происходят сейшеобразные ко­ лебания, которые, в отличие от сейш, не затухают, а при усиле­ нии действия этого фактора даже возрастают.

Основными характеристиками сейши (стоячей волны) явля­

где / — длина водоема; с — скорость волны (сейши);

g — ускорение силы тяжести; Н — глубина водоема.

Период многоузловой сейши с числом узлов п будет

Т _ 21

~ n V W

Приведенные зависимости показывают, что в одном, и теш же озере наибольшим периодом отличается одноузлевая сейша. В глубоких озерах период сейш короче, чем в мелких, при той же длине. Если озеро делится неровностями дна и очертаниями

берегов на несколько плесов, в каждом из них могут возникать свои сейши.

Колебания уровня при сейшах .в большинстве озер обычно не^превьжоают нескольких дециметров, но отмечены сейши высо­ той до 2—2,5 м. Так, на Аральском море периоды одноузловых сейш изменяются в пределах 18—28 ч, средняя высота 24, макси­ мальная до 100—135 см; на озере Эрй преобладают сейши высо­ той 20—30, при максимальной высоте 250 см; на озере Балхаш средний период сейш около 24 ч, высота до 38 см.

При различиях в плотности воды (по вертикали, связанных со стратификацией температуры или минерализации, в нижнем более плотном слое возникают .внутренние сейши. Периоды их в

172

связи с большей плотностью воды продолжительнее, чем перио­ ды оейш верхнего слоя. Эти сейши хорошо заметны до периоди­ ческим колебаниям температуры воды та одних и тех же глуби­ нах (температурные сейши).

Перемешивание вод озера. При всяком движении озерных вод происходит их перемешивание, т. е. обмен между слоями по вертикали. При перемешивании вместе с объемами воды из слоя в слой перемещаются и заключенные в этих объемах взвеси,- [за­ пасы тепла, растворенные элементы и газы. В результате пере­ мешивания происходит выравнивание содержания тепла и раст­ воренных элементов /в водной массе озера.

Основную роль в .режиме озера играет турбулентное пере­ мешивание. Молекулярный обмен, происходящий одновременно с турбулентным, вследствие, малых значений молекулярной диф­ фузии, теплопроводности -и трения ощутимого влияния на режим водоема не оказывает. Турбулентное перемешивание бывает

вызывается разностью плотностей между отдельными слоями воды, .второй —воздействием ветра на поверхность озера и свя­ занными с этим воздействием волнами и течениями.

Интенсивность перемешивания и степень охвата им вод озе­ ра связана как с мощностью действующих факторов (силой вет­ ра или величиной разности плотностей воды), так и с сопротив­ лением водной массы движению. Это сопротивление обусловлено разностью плотностей воды в различных слоях озера. При уве­ личении плотности с глубиной (прямая стратификация плотно­ сти) создается более или менее устойчивая система, для измене­ ния которой необходимо произвести определенную работу. Эта работа и является характеристикой устойчивости системы. Ус­ тойчивость пропорциональна вертикальному градиенту плотно­

сти - | | - . Поскольку изменения плотности при изменении темпе­

ратуры на 1° больше в теплых водах, чем в холодных, градиенты температур и плотности и зависящая от них устойчивость боль­ ше в теплых водах, с чем связана большая устойчивость вод тро­

пических озер.

Вертикальное перемещение воды и заключенных в ней эле­ ментов (тепла, взвесей, растворенных веществ и газов) может быть при расчете на маЬсы выражено уравнением

где 5 — количество данного элемента, проходящего в единицу времени через единицу горизонтальной площади (по­ верхности раздела между слоями);

— вертикальный градиент этого элемента;

173