Количество и распределение озер по степени открытости

Последний особенно наглядно характеризует своеобразие крупных с округлыми открытыми котловинами водоемов. В озере Нарочь, например, показатель открытости наибольший в Белоруссии – 8,8, в озерах Лукомльском – 5,5, Дривяты – 5,9. Коэффициент емкости в этих водоемах равен соответственно 0,36; 0,58; 0,50. В глубоких, но небольших озерах показатель открытости резко снижается. В озерах Долгом и Волос Южный он составляет 0,73 и 0,96 при коэффициенте емкости 0,3,5 и 0,33.

Показатель формы озерной котловины свидетельствует о характере озерной котловины (рис. 3.7). для цилиндра С_ф равен 1, для полуэллипсоида 2/3, для параболоида ½, для конуса 1/3. Форма котловины оказывает большое влияние на внутриводоемные процессы (перемешивание, газовый режим, др.).

Морфометрические особенности водоемов оказывают существенное воздействие на их режим. Так, при прочих равных условиях, в мелком озере с большой площадью поверхности вода сильнее перемешивается ветром, чем в глубоком, физико-химические показатели распределяются по глубине равномернее.

Соотношение размеров водоема и водосбора играет важную роль в формировании гидрологического режима. В качестве показателя этого соотношения принят удельный водосбор - отношение площади водосбора (Р) к площади зеркала водоема (/₀): АР =Р / /₀. Чем больше

площадь водосбора по сравнению с площадью зеркала, т.е. чем больше удельный водосбор, тем сильнее влияние водосбора на режим водоема. График 3.8, например, свидетельствует о тесной связи связи условного водообмена озер иих водной массой.

ГЛАВА 4. ВОДНЫЙ БАЛАНС И УРОВНЕВЫЙ РЕЖИМ 4.1 Водный баланс озер

История регулярных гидрологических наблюдений на водоемах республики Беларусь насчитывает свыше 50 лет. В этот временной промежуток укладываются как глобальные изменения

природной среды, обусловленные всеобщим экономическим кризисом второй половины ХХ столетия (общее увеличение уровня загрязнения), глобальным потеплением климата, так и локальными изменениями, вызванные чрезвычайно бурным возрастанием антропогенной активности. Все это не могло не повлиять на ситуацию на водоемах и не вызвать ряд серьезных экологических проблем, решение которых может быть успешно осуществлено только при условии достоверной оценки имеющихся водных ресурсов и их изменения во времени и пространстве.

В 60-х годах достаточно подробно был рассчитан водный баланс озера Нарочь и некоторых водохранилищ Беларуси. В связи с недостаточным количеством гидропостов на озерах в ряде случаев некоторые величины баланса вычисляются косвенно. А. Г. Булавко (1954 г.) разработал методику расчета потери на испарение. К. А. Клюева (1961 г.) составила первую карту стока территории Беларуси, которая позволяет приближенно определить роль стока в общем значении водного баланса. Позже Г.М. Базыленко был рассчитан водный баланс наиболее крупных водохранилищ Беларуси.

По Б. Б. Богословскому (1960 г.), уравнение водного баланса для сточных озер выглядит следующим образом:

X+Упр+ Угр+К-Уст-Уф-Z=±ΔV,

где X — осадки на зеркало; У_пр — поверхностный приток в озеро; У_гр — подземный приток в озеро; К — конденсация водяных паров на водное зеркало; У_от — поверхностный сток из озера; Уф — фильтрация (подземный сток); 2 — испарение с зеркала озера; ДУ — изменение объема воды в озере за расчетный период. Для каждого бессточного озера это уравнение примет вид:

Х + Упр + Угр + К-Z= ΔV.

Из всех составляющих водного баланса непосредственно определяются осадки на зеркало, поверхностные приток и сток, испарение с площади зеркала. Остальные показатели включаются в невязку баланса.

Наиболее полная классификация озер по роли приходной и расходной частей водного баланса озер была разработана Б.Б. Богословским (рис. 4.1). При выделении подтипов озер атмосферные осадки на зеркало (Х) и приток с бассейна (Упр) выражен в процентах от

приходной части баланса, а испарение с зеркала (2) и сток из озера (Уст) - от расходной части.

Рис 4.1. Схема классификации озер по водному балансу (по Б.Б. Богословскому) Наиболее точно рассчитан водный баланс озера Нарочь, а также некоторых водохранилищ (табл. 13). Расчет производился по формуле

Σпр-Σр=ΣА±Н,

где Σпр и Σр — соответственно суммы приходных и расходных составляющих; Н — невязка баланса (главным образом подземное питание).

Современное состояние гидрологической изученности водоемов позволило составить водный баланс для 4 водоемов. В основу расчета составляющих водного баланса были положены материалы наблюдений сети станций и постов Департамента гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды. Исходный материал был подвергнут анализу и там, где представлялось возможным, отсутствующие данные за отдельные месяцы были восполнены расчетным путем.

Главными компонентами водного баланса озер и водохранилищ являются: приток поверхностных вод с водосборной площади, осадки, выпадающие в жидком и твердом виде на зеркало водоема, поверхностный сток и испарение. Роль остальных слагаемых водного баланса значительно меньшая.

Водный баланс озер и водохранилищ составлен лишь по тем его компонентам, которые изучались. Такие составляющие водного баланса, как подземный приток или отток из водоема, односторонняя фильтрация из водохранилищ и подземная аккумуляция в грунтах, слагающих их берега и ложе, не учитывались. Все неучтенные компоненты отнесены к невязке баланса.

В связи с довольно устойчивым уровнем воды озер и очень небольшой сработкой водоемов в зимний период временные потери воды в осевшем на берегу ледяном покрове и поступление этой воды обратно в водоем за счет всплывшего льда при повышении уровня воды незначительны, а в отдельные годы совершенно отсутствуют. Поэтому в водном балансе водоемов эти слагаемые не нашли отражения.

Поступление воды с водосборной площади происходит через сеть постоянно и временно действующих водотоков, а также включает в себя склоновый сток с межустьевых пространств.

Общий приток со всего бассейна определялся суммированием расходов, учтенных на гидрометрических створах, и рассчитанного стока с неосвещенной измерениями части водосбора.

Наиболее освещен непосредственными измерениями сток с водосборной площади озера Нарочь. Совершенно отсутствуют гидрометрические измерения притока в водохранилище Лукомское (река Цитранка и впадающие ручьи), озеро Дривяты (реки Усвица, Дружнянка, Окуневка), озеро Нещердо (река Нещерда). Поэтому приводимые по нему данные являются расчетными.

Осадки, выпадающие на поверхность водоема в жидком и твердом виде, при воднобалансовых расчетах приняты как среднее арифметическое по показаниям береговых станций и постов В связи с тем, что дождемерными приборами, приемная поверхность которых расположена на некоторой высоте над поверхностью земли, не полностью учитываются выпадающие атмосферные осадки, в показания осадкомеров вводятся поправочные коэффициенты.

Оценка поверхностного стока дана по материалам его учета на вытекающих из водоемов реках. Из-за отсутствия гидрометрических данных по стоку из озера Дривяты (река Друйка) и озера Нещердо (река Атлайская и ручьи) его величина была получена по методу аналогии и по карте модулей стока. Постом-аналогом послужил для озера Дривяты река Прорва (с.Дрисвяты).

спарение с поверхности водоемов определено путем расчета по наиболее распространенным формулам, основанным на данных гидрометеорологических наблюдений.

Расчет аккумуляционной составляющей баланса, характеризующей изменение водной массы озера, выполнен по кривым зависимости объема озера от среднего уровня воды на первое число каждого месяца.

Средний уровень водоемов определен как среднее арифметическое из показаний водомерных постов, расположенных на берегу водоемов.

Анализ водного баланса показал, что соотношение между отдельными компонентами различно для водоемов. С увеличением проточности водоема, т. е. с уменьшением коэффициента удельной водообменности, определяющими в балансе становятся поверхностный приток и сток, а при больших значениях возрастает удельный вес испарения и осадков по сравнению с водосбором.

Осадки на зеркало водоемов по величине различаются незначительно, однако доля в питании водоемов неодинакова. Наибольшее значение осадки имеют для водоемов Нарочь и Лукомское - 59 и 58 % от приходной части (следует отметить, что коэффициент удельной водообменности равен 0,29 и 0,17 соответственно), несколько меньше доля осадков в балансе озера Нещердо - 48 % (коэффициент удельной водообменности 0,17), а на озере Дривяты, где коэффициент удельной водообменности равен 0,07, доля осадков составляет 20% от приходной части (рис.4.3.).

Доля притока в питании озере Дривяты равна 80 %, на водохранилище Лукомском и озере Нарочь 41-42 %, несколько выше на озере Нещердо - 52 %.

В расходной части водного баланса испарение главную роль играет для вдхр. Лукомское, вследствие теплового загрязнения водоема температура воды значительно выше по сравнению другими водоемами, соответственно испарение с водной поверхности очень высокое. На остальных водоемах значение испарения значительно меньше - Нарочь 43 %, Нещердо 23 % Дривяты 12 %.

Доля стока в балансе оз. Дривяты также велика и равна 80 %, оз. Нещердо 77 %, оз. Нарочь 5 2%. Сток из вдхр. Лукомское отсутствует

Водный баланс озера Лукомское. Основными источниками поступления воды в озеро служат небольшие речки, а также осадки на водную поверхность. По данным расчетов (1945-2002) на водную поверхность выпадает 60% атмосферных осадков от приходной части водного баланса, а за счет притока - 40%. Сооружение дамбы на реке Лукомка и повышение температуры воды в озере за счет теплового загрязнения изменило направление расходной части водного баланса в пользу величины испарения. Максимум испарения приходится на летние месяцы (июнь - сентябрь)

Озеро Дрывяты. Расчеты водного баланса проточных озер находящихся в естественном состоянии свидетельствует о существенной роли величины стока с водосбора и незначительной роли величины испарения с поверхности (рис. 4.6.). В приходной части водного баланса определяющую роль играет поверхностный приток по рр. Дружнянка, Окуневка, Усвица, протока Рака и впадающим ручьям составляет 78,8 % от приходной части или 89,39 млн м . Осадки на водную поверхность составляют 21,2 % или 24,08 млн м³. Главным расходным компонентом в водном балансе является сток из озера, осуществляемом по р. Друйка и составляет 85,9% расходной части или 91,01 млн м .

Анализ структуры водного баланса озера Дривяты за многолетний период показал, изменения месячных объемов осадков в течение года отличаются незначительными колебаниями. Наибольшее количество осадков выпадает с мая по октябрь месяцы (1,92-2,8 млн м ), в остальные месяцы згодовые объемы изменяются в пределах 1,4-1,9 млн м . Испарение с водной поверхности озера также характеризуется плавным ходом от месяца к месяцу. Начиная с апреля, испарение с водной поверхности заметно увеличивается, по сравнению с зимними месяцами, и в апреле составляет 0,81 млн м³, постепенно увеличивается, достигая наибольших значений в июле (3,39 млн м³), а затем з плавно уменьшаются к ноябрю (0,65 млн м³).

В практике расчетов водного баланса для определения величины испарения с водной поверхности рекомендуется использовать картосхему дополнительной величины испарения (мм) с поверхности искусственных водоемов.

Озеро Нарочь. Водный баланс самого крупного озера Беларуси рассчитан за многолетний период (1945-2002 гг.). По сравнению с другими озерами в водном балансе озера Нарочь большую роль играет его площадь, определяющая величину испарения с поверхности водоема и осадки на его зеркало (табл. 4.1.). Соотношение между отдельными компонентами водного баланса для исследованных водоемов различна. С увеличением проточности, т.е. коэффициента удельной водообменности, определяющими составляющими в балансе становятся поверхностный приток и сток из озер, а при больших значениях площади возрастает удельный вес испарения и осадков. В расходной части баланса с увеличением коэффициента удельной водообменности, увеличивается значение величины испарения.

Данные наблюдений за уровнем грунтовых вод по наблюдательным скважинам указывают на наличие подземного потока с уклоном в сторону озера Нарочь. Многочисленные выходы ключей по его берегам свидетельтсвуют о значительном питании озера подземными водами. На наличие подземного питания указывает систематическая односторонняя невязка баланса, которая для всех месяцев расчетного периода имеет отрицательный знак. Годовая величина ее колеблется в небольших пределах, составляя в среднем 5% от уравненного баланса. Поэтому не смотря на погрешности расчетов невязка баланса включает в себя и неучтенный приток подземных вод.

Уровневый режим.

Колебания уровня воды в озерах, как известно, определяются соотношением приходных и расходных статей водного баланса - осадков, испарения, стока, объем которых зависит от площади зеркала водоемов. В отличие от рек, уровень которых весьма быстро реагирует на изменение климатических условий, озера обладают значительной гидрологической инерцией. В то время как уровень воды в реках зависит, прежде всего, от притока воды в их русла в данный момент, уровень воды в озерах определяется не только приходно-расходным балансом данного года, но на нем отражаются климатические условия предшествующего сезона. Чем больше крутизна берегов и размер котловины озера по сравнению с объемом притока воды, тем выше его регулирующая способность. Влажным и холодным климатическим периодам соответствуют высокое стояние уровня и разливы озер и, наоборот, засушливым, маловодным и жарким - падение уровня и сокращение площади зеркала.

Водный режим озер и впадающих в них рек представляет собой единую саморегулирующуюся систему. Поэтому многолетний ход уровня в озерах вызывает большой научный интерес и имеет важное гидроклиматическое значение, поскольку в нем отражаются естественные и возможные антропогенные изменения климата и водоносности рек.

Водный режим водоемов тесно связан с общими климатическими изменениями и местными особенностями развития каждого отдельного водоема в совокупности с геоморфологическими особенностями его расположения.

Анализ хронологических графиков колебаний уровня воды в водоемах показывает, что им свойственный чередования фаз повышенной и пониженной водности, т.е. колебания носят цикличный характер. При этом наблюдается сложная картина наложения циклов различной продолжительности. Однако, очевидны определенные закономерности, свойственные различным водоемам, расположенным в различных физико-географических условиях.

По данным расчетов и спектрально-временного анализа уровневого режима (В.Ф. Логинов, В.Ф. Иконников, 2003) картина колебания уровня озер достаточно сложная и она меняется от сезона к сезону и по месяцам. Практически на всех СВАН-диаграммах, кроме озер Освея, Червоное и Выгонощанское, присутствуют циклы 2-2,5; 4 и 7 лет, а в некоторых случаях и большее количество преобладающих циклов. На многих диаграммах присутствуют циклы 17 и 9 -12,5 лет. Современный анализ СВАН-диаграмм и временных распределений параметров «хаотизации» показал, что устойчивость циклов в колебаниях уровня воды озер наблюдается для озер Освея, Выгонощанское и Нещердо.

Анализ графиков колебаний уровней воды по скользящим пятилеткам позволил разделить озера на две группы. Первоначальным критерием для разделения озера на группы послужил показатель удельной водообменности. К группе с высоким показателем отношения площади зеркала и площади водосбора относятся озера Лукомское, Нещердо, Освейское, Нарочь, Мястро ( К = 0,107-0,285). Малым показателем удельной водообменности отдичанется озеро Сенно (0,039). Для северной части территории беларуси характерны озера с высоким показателем коэффициента (исключая оз. Сенно), для южной - с низким.

Географические закономерности влияют на характер колебаний уровней воды в водоемах, поскольку водообмена озер во многом зависит от увлажненности бассейнов. Проведенные исследования и расчеты показали зависимость продолжительности циклов колебаний уровня воды от показателя удельного водообмена.

Для группы водоемов с высоким показателем удельной водообменности уровни находятся в фазе повышенной водности, которая отмечается с 1975-77 гг, исключая Лукомское озеро- водохранилище, режим которого искажается заборами воды ГРЭС, и продолжается до настоящего времени. Исключение составляет озера Нарочь и Мястро, для коьторых харакетрно значительное понижение уровня воды, начиная с 1999 года.

Аналогичная закономерность характерна и для водоемов с малым показателем удельной водообменности, однако циклы отличаются по формированию и продолжительности (озеро Сенно).

Не смотря на сложную зависимость составляющих водного баланса в формировании уровневого режима большое значение имеют атмосферные осадки. На рисунках для озер Поозерья и Полесья характерна тенденция сопряженного изменения величины осадков и положения уровня воды .данную тенденцию нарушает зарегулированность озер.

До начала периода потепления (до 1988 г) на водоемах отмечалась повышенная водность. Особенность периода потепления на уровенном режиме отразилась через режим увлажнения и увеличение испарения с водной поверхности в период открытого водоема. Примером увеличения испарения с водной поверхности в результате наблюдаемой повышенной температуры воздуха и воды, является озеро Нарочь, для которого был рассчитан водный баланс за многолетний период и 2002 г., когда наблюдался самый низкий уровень воды в озере за весь период инструментальноых наблюдений. Резкое увеличение испарения с водной поверхности явилось одной из причин резкого понижения уровня воды в летнее-осенний период.

В целом за рассматриваемый период (15 лет) сумма осадков находилась в пределах нормы для республики (99% от средней многолетней величины). В рассматриваемый период с 1988 по 2002 гг. преобладали годы с недобором осадков (исключая 1989, 1990, 1994 и 1998 гг).Повышенная водность сохранялась и к началу 21 столетия, кроме Нарочи и Мястро. Однако, начиная с 1999 г. На всех водоемах отмечено понижение уровня воды. Таким образм в соответсвии с удельным водообменном и динамикой климатических параметров происходит формирование циклов повышенной и пониженной водности различных по продолжительности.

Конечно, структура рядов среднегодового уровня озер во многом отличается от рядов речного стока, осадков и других гидрометеорологических элементов. Основной причиной, вызывающей эти различия служит замедленный водообмен озер, уменьшение которого приводит к возрастанию инерционности в колебаниях уровня воды. В связи с этим отмечаются устойчивые тренды в изменении уровня воды озер в многолетнем разрезе. Анализ также показал зависимость продолжительности циклов колебания уровня воды от показателя площади.

Для группы водоемов с высоким показателем площади уровни воды находятся в фазе повышенной водности, которая отмечается с 1975-77гг. (кроме Лукомского, режим, которого искажается работой ГРЭС) и продолжается до настоящего времени (кроме озер Нарочь, Мястро, для которых характерно значительно понижение уровня воды, начиная с 1999г.).

Аналогичная закономерность прослеживается и на водоемах с малым показателем площади, однако циклы существенно отличаются по формированию и продолжительности. Возможно, для полного обобщения не достаточно материалов наблюдений, но нельзя не заметить определенную тенденцию. Как уже упоминалось выше, к группе с малым показателем площади относятся Сенно, Чигиринское, Солигорское, Красная Слобода. Для этой группы озер (кроме озера Сенно) характерно начало фазы повешенной водности с 1977-80гг., которая продолжалась по 1985-86гг., затем наблюдалось понижение уровня воды до 1993-94гг. С начала 90-х гг. отмечается фаза повышенной водности, которая продолжается до настоящего времени (повышение характерно для всех водоемов республики).

Независимо от морфометрических показателей все водоемы в настоящее время характеризуются повышенной водностью. Условия формирования водного баланса и водообмена водоемов определяются их морфометрическими показателями. Изменение водообмена озер зависит от климатических условий, которые определяют главные компоненты водного баланса - приток-сток водоемов, осадки и испарение с водной поверхности. Внешним выражением водного баланса является положение уровня воды в водоеме. В зависимости от соотношения площади зеркала водоема к площади его водосбора и в соответствии с динамикой климатических параметров происходит формирование циклов пониженной и повышенной водности различной продолжительности. Проведенные расчеты имеют прикладное значение, представленный материал может быть использован при составлении водохозяйственного баланса.

Для оценки уровневого режима озер показательным является степень его усточивости. Понятие устойчивости уровенного режима водоёмов тесно связано с амплитудой его колебания, интенсивностью их водообмена в различные гидрологические сезоны.

Весенние воды медленно поступают с низменных заболоченных и лесистых водосборов в озёра. Наличие возвышенностей в Поозерье проявляется в более быстром формировании весеннего половодья, сказывается на его величины и продолжительности. На характер уровневого режима независимо от географического положения влияет связь озера с речными и озёрными системами, которые характерны для поозерий. При этом основное значение имеет гипсометрическое положение отдельных озёр в озёрной группе, которое через морфологию озерной котловины влияет на уровневый режим.

По характеру уровневого режима выделяется группа озёр с устойчивым (ΔF<10), среднеустойчивым (10<ΔF<20) и неустойчивым уровневым режимом. При выделении подтипов озёр рассматривались ряд статистических показателей (табл.4.4.). Термин устойчивости был введен К.Д. Литинской для озер Карелии.

Учитывыая региональные особенности территории Беларуси выделяются три тпологические группы озер: озёра с высоким весенним половодьем и летней (осенне-зимней) меженью (северная (Поозерская)

Типы озёр Беларуси по режиму уровней

3.3а. С четко выраженным высоким половодьем и низкой осенней меженью (подтип озера Споровское)группа озёр); озера с низким весенним половодьем и низкой меженью (озёра центральной части Белоруссии озёр) и озера с низким весенним половодьем и низкой меженью (южная полесская группа.

Озера Белорусского Поозерья характеризуются высоким весеннимполоводьем и в зависимости от природных условий водосбора летней, осеннейили осенне-зимней меженью. Амплитуда колебания уровней здесь вышесредней по республике. Интенсивность изменения уровня составляет более 10см в месяц. Разнообразие природных условий предопределяет наличие разных

К озерам с устойчивым уровенным режимом относятся озера с удельнымводосбором менее 10. Средняя многолетняя амплитуда колебания уровней у нихизменяется от 18 см (Нарочь) до 61 см (Лосвидо). В эту группу входят озера сразнопорядковыми различиями их площади и водосборов, но экстремальныезначения уровней у них находятся в одних пределах. В весеннее половодьеуровень озер поднимается на 10-25 см выше, а в меженный период падает на10-20 см ниже среднего многолетнего. В пределах данного типа выделяются

В группе озер со среднеустойчивым уровенным режимом - два подтипа:Черствяты (2а) и Езерище (26). В период половодья уровень поднимается на 30­50 см выше, а в межень падает на 15-30 см ниже среднего многолетнего.

Средняя многолетняя амплитуда колебания уровней озер с неустойчивымуровенным режимом изменяется от 50 до 65 см. В половодье уровеньподнимается на 35^45 см выше, а в межень падает 10-25 см ниже среднегомноголетнего. В типе выделяются два подтипа озер: Сено (За) и Отолово (36).

В центральной части республики единственным достаточноисследованным озером является оз. Свитязь. Оно отличается низкимрастянутым половодьем и низкой осенней меженью и относится к озерам с режиомом уровней.

Озера Полесья отличаются от северной группы невысоким половодьем и осенней меженью. Средняя многолетняя амплитуда колебания уровня для озер

К данной группе относятся озера типа оз. Выгонощанское (1а), для которых характерно низкое весеннее половодье и высокая осенняя межень. Интенсивность изменения уровня составляет 5-7 см в месяц.

Для озер со среднеустойчивым режимом уровней характерна более высокая средняя многолетняя амплитуда (30-60 см). Водосборы озер заметно изменены мелиорацией, повлияло на величину типологических характеристик. В пределах типа выделяются два подтипа: Червоное (2а) и Черное (26).

Для практического использования особенностей уровневого режима озер большое значение имеют кривые обеспеченности уровней. Обеспеченность того или другого уровня имеет значение для проведения специальных расчетных работ при, например, проектировании создания озерных водохранилищ. Существенным является также обеспеченность среднего годового уровня, меженного уровня, уровня за период вегетации высшей водной растительности, планировании ведения рыбного хозяйства и т.д.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: