Гидрологический режим и водный баланс озер и водохранилищ

В некоторые периоды пополнение запасов воды в озере может происходить счет конденсации водяного пара на его поверхности. Существенное влияние на водный бутане небольших озер, особенно в степных районах, оказывают скопления снега, переносимого ветром, в зарослях тростника, растущего по берегам. Расходование поступающей в озеро воды происходит путем испарения с поверхности озера, поверхностного и подземного стока из него.

Совместное рассмотрение величин прихода-расхода воды за некоторый период времени сводится к составлению водного баланса водоема за этот период. Очевидно, что разность между приходом воды в озеро и расходом воды из него должна равняться увеличение или уменьшению запаса воды в озере.

Записав указанные элементы прихода и расхода воды в озере в течение некоторого промежутка времени в форме алгебраической суммы, получим уравнение водного баланса в виде:

Здесь и — поверхностный и подземный приток в озеро; — осадки, поступающие на поверхность озера; — испарение с поверхности озера; и — поверхностный и подземный сток; — изменение уровня озера за период времени .

Все члены водного баланса в уравнении выражены в виде слоя воды на поверхности озера (миллиметры, сантиметры). Очевидно, что уравнение может быть записано и в такой форме, в которой все его составляющие будут выражены непосредственно в объемах воды (м³, км³).

Составляющие баланса , и всегда положительны, всегда отрицательны; член положителен при конденсации и отрицателен при испарении. При увеличении запасов в озере слагаемое будет иметь отрицательное значение, при уменьшении — положительное.

Роль отдельных членов уравнения неодинакова. Часто оказывается возможным пренебречь подземным притоком и подземным стоком.

Основная роль в водном балансе озер обычно принадлежит поверхностному притоку, осадкам на зеркало озера, испарению с его поверхности и изменению запаса воды (уровня) озера.

По условиям формирования водного баланса озера можно разделить на две основные группы: сточныеи бессточные.

Озеро будет бессточным, если поступающая в него вода полностью расходуется на испарение. Если приток превышает потери на испарение, то с течением времени котловина переполняется, а излишек воды стекает, образуя реку.

Сточные и бессточные озера имеют определенные области распространения. В пределах северо-западной части Европейской территории, где количество осадков сравнительно велико, а испарение мало, распространены сточные озера, на юго-востоке при большой сухости климата, наоборот, — бессточные. В частном случае сток из озера может осуществляться не поверхностным, а подземным путем.

Сточные озера могут иметь или постоянный сток в течение круглого года или только в период наибольшего накопления в них воды.

В водном балансе водохранилищ, помимо указанных элементов, существенное значение могут иметь: сбросы через сооружения гидротехнического узла (ГЭС, шлюз, плотина), включая утечки через неплотности затворов; водозабор из водохранилища; потери воды на насыщение грунтов, слагающих ложе водохранилища; фильтрация в нижний бьеф в створе гидротехнического сооружения; объем воды, заключенной во льду и снеге, оседающих в мелководных частях водохранилища при его разработке зимой и всплывающих весной при наполнении водохранилища; временные потери на фильтрацию воды в берега водохранилища и возврат этих вод обратно при изменяющихся уровнях воды в водохранилище.

В ряде случаев в водном балансе, как озер, так и водохранилищ может иметь существенное значение временная аккумуляция и потери воды на испарение в устьевой части основных притоков, на которых ниже створов учитывается сток.

Применительно к отдельным частным случаям может возникать необходимость в учете и некоторых других составляющих водного баланса.

При анализе уравнения водного баланса озер следует учитывать, что с изменением объема водной массы и, следовательно, площади водной поверхности ряд величин оказывается зависящим не только от гидрометеорологических условий, но и от средней площади озера за период , для которого рассматривается водный баланс. Действительно, и , как полученные от деления объема воды W, поступающей в озеро, на площадь зеркала водной поверхности при данном уровне Н, очевидно, уже зависят не только от водности рассматриваемого периода , но и от

Еще в большей мере от зависят и , так как они изменяются с изменением площади озера и в уравнение (6.1) входят поделенными на площадь.

Гидрометеорологическими условиями за период времени однозначно определяются только и .

Указанные свойства уравнения водного баланса озера, можно отразить, придав ему следующий вид:

где — —объем поверхностного и подземного притока; , — объем поверхностного и подземного стока как функция среднего уровня озера за период времени ; — средняя площадь поверхности озера, соответствующая среднему уровню, за период времени ; — слой осадков, поступивших на поверхность озера; Н_яс — слой испарения с поверхности озера; — изменение уровня озера за время .

Считая, что подземный приток и сток примерно одинаковы, уравнение (6.2) можно записать для сточного озера в виде:

(6.3)

и для бессточного озера:

(6.4)

Применительно к условияммноголетнегопериода величина к как имеющая различные знаки выпадает и уравнения (6.3) и (6.4) примут для сточного озера вид:

(6.5)

Для анализа влияния площади водного зеркала озера на соотношения, возникающие между элементами водного баланса, воспользуемся более простым уравнением, которое запишем в виде:

Здесь — в миллиметрах, — в км², — в км³.

Из уравнения (6.7) следует, что равенство прихода и расхода воды в озере при норме поверхностного притока, испарения и осадков может иметь место только при некоторой вполне определенной площади водного зеркала со_н или при так называемом уровне равновесия (так как уровень и площадь связаны однозначно).

Если площадь поверхности озера за счет ранее накопленных запасов больше площади, соответствующей уровню равновесия, то при норме прихода воды в озеро, или притока, будет иметь место падение уровня, ибо в этом случае приход не сможет покрыть испарение с увеличившейся поверхности озера. И наоборот, если за какой-либо период времени все элементы водного баланса равны норме, а уровень озера ниже уровня равновесия и, следовательно, площадь поверхности меньше средней многолетней величины (нормы), то в итоге будет иметь место положительное приращение уровня, так как поступление воды в озеро в размере нормы перекроет испарение с меньшей (чем норма) площади поверхности озера.

Одновременно из уравнения (6.7) следует, что равновесный водный баланс может иметь место не только в нормальных, но и в разных гидрометеорологических условиях и при разных наполнениях водоема. Это объясняется, с одной стороны, тем, что отклонения от нормы отдельных элементов баланса могут взаимно компенсироваться, а с другой — тем, что площадь поверхности зависит от наполнения озера.

Если, например, за промежуток времени Дт площадь поверхности озера была равна норме, а приток воды в озеро и разность испарения и осадков выше или ниже нормы на одну и ту же относительную величину, то в итоге должен иметь место равновесный баланс. Если приток воды в озеро был равен норме, разность испарения и осадков была выше нормы, а площадь поверхности на ту же относительную величину ниже нормы, то в итоге также имел бы место равновесныйбаланс.

Из приведенного анализа следует, что поступление воды в озеро непосредственно связано с приращением уровня за рассматриваемый период времени, а не с абсолютной величиной уровня воды в озере.

Если подставить в уравнение (6.7) значения норм входящих в него элементов водного баланса и решить его относительно сон, то можно затем по кривой определить уровень равновесия, т. е. уровень, около которого в современных климатических условиях должны колебаться уровни озера до тех нор, пока эти условия не изменятся.

Словарь понятий:

Межень — фаза водного режима реки, характеризующаяся продолжительным (сезонным) стоянием низких (меженных) уровней и расходов воды в реке

Сало — тонкая ледяная пленка

Снежура — снег в воде.

Зажор — закупорка живого сечения реки в период осеннего ледохода или в начале ледостава массой внутриводного и битого кристаллического льда

Затор — нагромождение в живом сечении русла реки кристаллического льда в виде отдельных льдин и даже небольших полей; забивая живое сечение

Наледь речная — нарост льда, образующийся в результате замерзания воды, выходящей на поверхность ледяного покрова вследствие уменьшения живого сечения реки в результате закупорки его шугой или под влиянием сильного промерзания.

Пятры — ледяные образования в виде небольших островов, возникают на каменистых грядах и отмелях в том случае, когда образующийся на неровностях скалистого дна лед, быстро нарастая, достигает поверхности воды.

Озеро - котловина или впадина земной поверхности, заполненная водой и не имеющая прямого соединения с морем.

Водохранилище- искусственно созданное озеро.

Береговая отмель — заканчивается подводным откосом, являющимся границей между склоном и дном озерного ложа

Длина озера - кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными точками, расположенными на берегах озера, измеряемое по поверхности озера

ЛИТЕРАТУРА:

1.Гидрология и гидротехнические сооружения . Под редакцией д-ра технических наук, проф. Г.Н.Смирнова. М. 1998.

2.Викулина З.А. Изучение и расчет водного баланса водохранилищ «Труды ГГИ», 1962, вып. 8-14с.

3.Зайков Б.Д. «Очерки по озероведению» Л., Гидрометеоиздат, ч 1, 1955, 270с; ч 2, 1960,238с.

4.Методические указания Управлениями Гидромежслужбы №55.

5.Определение Среднего уровня применительно к расчету аккумуляционной составляющей водного баланса водохранилищ Л., Гидрометиздат, 1960, 51с.

6.Рымша В.А. Донченко Р.В. Исследование теплопотерь с открытой Водной поверхности в зимнее время, - «Труды ГГИ», 1958, вып 65, с.54-83.