В Г Клименко - Загальна гідрологія - страница 13

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 

 

де ± А0 - тепловий вміст води в озері.

Унаслідок коливання основних елементів теплового балансу запаси тепла в озерах періодично змінюються, тому вода в них нагрівається або охолоджу­ється.

Термічна класифікація озер

 

За термічним режимом або за класифікацією Фореля Ф. А. усі прісново­дні водойми світу поділяють на три групи:

полярні (або холодні) - із температурою протягом року нижче 40 С та з переважанням зворотної температурної стратифікації;

тропічні (або теплі) - із температурою протягом усього року вище 40 С і з переважанням прямої температурної стратифікації;

озера в умовах помірного клімату - із температурою вище 40 С і з пря­мою температурною стратифікацією влітку та з температурою нижче 40 С і зво­ротною температурною стратифікацією взимку.

Д. Хатчисон , врахувавши характер вертикальної густинної циркуляції у водоймі, обумовленій нагріванням або охолодженням вод, декілька удоскона­лив термічну класифікацію Фореля. Він виділив озера: аміктичні, які перебу­вають увесь рік під льодом, по вертикалі ніколи не перемішуються; голомік-тичні, піддані вертикальному перемішуванню до самого дна; мероміктичні, в яких із-за значної різниці в щільності поверхневих і глибинних шарів, викли­каних різницею їх мінералізації, перемішування охоплює лише верхній шар. Голоміктичні озера підрозділяються на мономіктичні і диміктичні. Мономікти-чні озера перемішуються по вертикалі лише один раз за рік: або влітку (це теплі озера за класифікацією Фореля), або взимку (холодні озера). Диміктичні озера перемішуються два рази за рік - навесні і восени; це озера помірного клімату за класифікацією Фореля.

 

Термічний режим озер в умовах помірного клімату

 

У режимі температури води в озері в умовах помірного клімату виділя­ють чотири сезони: весняного нагрівання, літнього нагрівання, осіннього охо­лодження, зимового охолодження. Якщо температура води з глибиною підви­щується, то в озері встановлюється зворотна температурна стратифікація, яка характерна для зимового періоду. У поверхневому шарі температура близь­
ка до 0°С, у придонному шарі - біля 3-4°С. Якщо температура води зменшу­ється від поверхні озера до дна - пряма температурна стратифікація, яка ха­рактерна для літа (рис. 13).

Найбільш високої температури набуває поверхневий шар води (епілімні­он). Нижче цього шару є проміжний шар, у межах якого відбуваються різке зниження температури та підвищення густини води зі збільшенням глибини -металімніон. Шар водної товщі, розташований нижче ніж температурний стри­бок, із слабким перемішуванням води і незначною зміною температури із збі­льшенням глибини - гіполімніон.

Навесні та восени вся товща води має однорідну температуру. Такий стан води в озері називається гомот ермією. У період весняного нагрівання темпера­тура води у поверхневому шарі підвищується. Цей процес починається, коли озеро вкрите ще кригою, і триває після танення льодового покриву. Коли тем­пература поверхневого шару стане вище температури нижче розташованих шарів, порушиться вертикальна густина стійкість: більш тепла і більш щільна вода починає опускатися, а менш тепла і менш щільна - підніматися до поверх­ні. Виникає інтенсивне вертикальне конвективне перемішування, яке призведе до вирівнювання температури по вертикалі (рис. 13, в,2), настає весняна гомо-термія (зазвичай при температурі від 2 до 4°).

У період осіннього охолодження температура у поверхневому шарі зни­жується. Після того як вона стане нижчою за температуру нижче розташованих шарів, більш щільні води починають опускатися униз, виникає активне конвек-тивне перемішування і установлюється осіння гомотермія (рис. 13, в, 4). Гомо-термія зазвичай установлюється при температурі біля 4°С, а інколи (під час си­льного вітрового впливу на поверхню озера) і при більш вищій температурі (5­6°С і вище).

У процесі нагрівання й охолодження вод озера відмічається велика го­ризонтальна неоднорідність, особливо на великих озерах. На мілководді біля берега вода нагрівається швидше й швидше охолоджується. У центральних ра­йонах озера завдяки інерційності теплових процесів у великих об'ємах води те­мпература змінюється більш повільно.

Найбільш характерна горизонтальна неоднорідність температури спосте­рігається в умовах помірного клімату восени та на весні. У процесі весняного нагрівання температура води біля берега швидше досягає 4° С, ніж у централь­ній частині озера. Під час подальшого нагрівання, між береговими водами, які нагріті більше 4° С і водами центральної частини озера, де температура нижче 4° С формується термічний бар - вертикальний пояс із температурою води

4° С.

Звертають на себе увагу такі основні особливості внутрірічного ходу те­мператури води в озері. По-перше, зміни температури на поверхні води відста­ють від змін температури повітря. По-друге, від'ємні значення температура во­ди у прісноводному озері приймати не може, тому середня річна температура води у поверхневому шарі озера вища, ніж середня річна температура повітря. По-третє, розмах коливань температури води у поверхневому шарі значно бі­льший, ніж на глибині. Якщо біля поверхні ця величина може досягати 15-20°С і навіть 20-25°С, то на дні глибокого озера - лише 2-4°С. Зміни температури на глибині завжди відстають за часом від її зміни у шарах, що розташовані вище.

Добові коливання температури води, як і сезонні, також загасають з гли­биною.

Перерозподіл тепла в озері, нагрівання й охолодження водної маси в ньо­му, відбуваються під впливом динамічного та конвективного перемішування, течій і хвилювання.

5.7. Льодовий режим озер

Озера за характером льодового режиму в залежності від кліматичних умов поділяють на чотири групи:

1)                  озера, які не мають льодових явищ;

2)                  із нестійким льодоставом;

3)                  із стійким льодоставом узимку;

4)                  із льодоставом протягом року.

В озер із стійким льодоставом виділяють три характерні періоди льодово­го режиму: замерзання (осінні льодові явища), льодост ав, скресання (весняні льодові явища).

Основні льодові утворення на озері такі як і на річках. Осінні льодові явища починаються найбільш швидко в прибережних районах озера. На відмі­линах біля берега виникають забереги. На великих озерах ці льодові утворення називають припаєм. Утворенню заберегів і припаю перешкоджає хвилювання.

Озерний лід має шарувату будову. Безпосередньо на поверхні води ле­жить прозорий водний крист алічний лід, на якому у випадку виходу води по тріщинах утворюється мало прозорий водно-сніговий лід із просоченого водоюснігу. Під час підтавання та послідуючого змерзання снігу, що лежить на льоду, формується сніговий лід.

Танення і руйнування льоду на озерах відбувається під дією сонячної ра­діації, теплообміну льоду з атмосферою і з водою самого озера, що нагріваєть­ся, теплоти, що надходить із талими сніговими, дощовими і річковими водами. У ряді випадків помітний вплив мають і механічні фактори - течії, хвилювання, вітер. Оскільки лід на озерах сходить пізніше, ніж на річках, то на річці, яка витікає з озера можна спостерігати два льодоходи: "річковий" і "озерний".

 

5.8. Хімічний склад озерних вод

Рівняння хімічного (сольового) балансу має такий вигляд:

R річ + R підз +    R річ + R підз +-вітр +-ос ±

де R річ, R підз - надходження та витрати солі з поверхневим та підземним стоком;

-    х - надходження солі з атмосферними опадами;

-    вітр - винесення солі з поверхні озера вітром;

-    ос - кількість солі, що осідає на дні озера;

±AR - зміна кількості солі у воді озера за проміжок часу.

Для стічних озер найбільший внесок до сольового балансу мають надхо­дження і витрати солі за рахунок річкового стоку.

Для мінералізованих безстічних озер посушливої зони у прибутковій час­тині рівняння зростає роль притоку солі з підземним стоком, а у витратній -осадження солі та винесення солі вітром.

У воді озер тундри переважають іони НСО3-, в озерах лісової зони -НСО-3 і Са2+, в озерах степової зони - SO2-4, НСО\ Na+ і К+, в озерах пустелі -C1- і Na+.

Для зони недостатнього зволоження характерні мінеральні озера, у воді яких переважають окремі хімічні сполуки. Воду мінеральних озер називають розсолом або ропою. За походженням ропи мінеральні озера поділяються на морські й континентальні. Склад води озер морського походження спочатку подібний до складу морської води, потім поступово він під впливом кліматич­них факторів (опади, випаровування, температура тощо) і поверхневого річко­вого стоку змінює свій склад. В озерах континентального походження солі на­копичуються поступово за рахунок розчинення солей, які містяться в ґрунтах і гірських породах, що складають водозбірний басейн і приносяться поверхневи­ми і підземними водами.

Окрім розчинених солей вода озер утримує біогенні речовини (сполуки азоту, фосфору, кремнію, заліза тощо), розчинені гази (кисень, азот, сірково­день тощо); органічні речовини.

Гази надходять у воду або з атмосфери, розчиняючись у верхніх шарах води, або утворюються внаслідок біохімічних процесів, які відбуваються у во­дній масі озера. В озерну воду кисень надходить з атмосфери, а також за раху­нок фотосинтезу. На глибину озера кисень проникає під час осіннього та весня­ного перемішування.Збагачення товщі води киснем відбувається під час інтенсивного верти­кального конвективного і динамічного перемішування (зазвичай у період вес­няної і осінньої гомотермії).

Вуглекислий газ утворюється в усій товщі озера, а використовується у верхніх шарах, тому його найменше біля поверхні води.

Сірководень виникає в придонних шарах деяких озер при розкладанні ор­ганічних речовин за відсутністю кисню.

Інтенсивність і спрямованість газообміну водойми з атмосферою визна­чається ступінню насиченості води газами, що у свою чергу залежить від роз­чинності газу при визначених значеннях температури і тиску. Якщо вода пове­рхневого шару озера не зовсім насичена, наприклад, киснем, то відбувається його поглинання з атмосфери; якщо ж вода перенасичена киснем, то частина його відходить в атмосферу.

5.9. Гідробіологічна характеристика озера

Озеро багате на водні організми (гідробіонти). Місце знаходження орга­нізмів називають біотопом. У водоймах суші виділяють два біотопи - дно (бен­таль) і водну товщу (пелагіаль).

У залежності за пристосуванням біотопів до умов існування розрізняють чотири групи: нейстон, планктон, нектон і бентос.

Нейстон - це мікроорганізми, які живуть у плівці поверхневого натягу, та організми, що частково виходять за межі поверхневої плівки у повітря й воду (подібно рясці).

Планктон - це організми, які не здатні самостійно рухатися в товщі води (бактерії, водорості, макроскопічно малі істоти). Вони пасивно пересуваються турбулентним потоком.

Нектон - це організми, які здатні самостійно рухатися (риби).

Бентос - це населення дна озера, яке пристосувалося до життя на дні або на незначній від дна глибині (рослини прибережних заростей, хробаки, молюс­ки).

Серед мешканців вод озер розрізняють організми, що живляться мінера­льними речовинами і утворюють органічні речовини (авт отрофні), й організ­ми, які живляться готовими органічними речовинами (гет ерот рофні).

Для озер в умовах помірного клімату типове тяжіння деяких видів водної рослинності до глибин: осока росте на березі і на глибинах, що не перевищують 10-20 см, очерет росте до глибини біля 1м, комиш - 2, латаття - 2.5, рдест - бі­ля 3 м.

Часто озера заростають у вигляді сплавин. Сплавини складаються з реш­тки різних мохів і рослин, на яких поселяються земноводні та інші рослини. Утворюються сплавини на поверхні озер лісової зони. Відмирання рослин є од­нією з причин підвищення дна й обміління озера, а внаслідок цього, в свою чер­гу, складаються несприятливі умові для проростання рослин. Завдяки цьому одна рослинна зона змінюється іншою доти, пока озерна рослинність не змі­ниться болотною.

Для озер в умовах помірного клімату характерні також внутрірічні зміни гідробіологічних процесів. Підвищення температури повітря і води у веснянийперіод приводить до початку вегетації макрофітів, у водній товщі - до розвит­ку фітопланктону (першому "цвітінню" води). У другій половині літа при мак­симальній температурі води наступає новий період бурного розвитку фітоплан­ктону і друге "цвітіння" води. Вслід за розвитком фітопланктону відбувається і збільшення кількості зоопланктону. Влітку активно розвивається і бентос. Зі зниженням температури повітря і води восени починають відмирати макрофіти, скорочується біомаса озера. Випробують сезонний цикл життєдіяльності і риби, у яких нерест відбувається зазвичай навесні та влітку; взимку багато риб впадає в так зване холодне заціпеніння.

Загальна кількість органічних речовин у живих організмах, яка припадає на одиницю поверхні дна або об'єму води в озері, виражена у вагових одини­цях, називається біомасою. Збільшення біомаси пов'язане з ростом і розмно­женням організмів, зменшення - із їх відмиранням.

Біологічна продуктивність - це властивість водойми відтворювати орга­нічну речовину у вигляді живих організмів.

 

5.10. Оптичні явища в озері

Вода в озера ніколи не буває абсолютно чистою, в ній завжди є завислі мінеральні частки і розчинені солі, мікроорганізми, рештки планктону, речови­ни в колоїдному стані. Вода, насичена завислими частками, поглинає насампе­ред сині промені, а вглиб проникають зелені промені. При значній кількості на­носів інтенсивно розсіюються не тільки сині, а й зелені промені, вода набуває синьо-зеленого кольору. При ще більш значній мутності починається розсіюва­тись і червона частина спектра, вода стає жовтого або бурого кольору.

Прозорість озерних вод - це властивість води пропускати вглиб світові промені і залежить від фізичних властивостей води, наявності у воді завислих наносів, планктону тощо. Найбільш прозорі глибокі озера розташовані в гірсь­ких районах. Найпрозорішим озером у світі є оз. Байкал, прозорість якого ста­новить 40.2 м.

Від прозорості води залежить її колір. Колір води різнобарвний: від си­нього, синьо-зеленого в глибоких озерах із чистою водою до жовто-синьо-зелених відтінків у мілководних і менш чистих озерах та коричневих - у болот­них озерах.

5.11. Донні відкладення озерної улоговини

На дні та схилах улоговин озер весь час відбувається накопичення відк­ладів. Матеріалом для формування озерних відкладів є продукти ерозії ґрунтів, руйнування берегів, рештки відмерлих організмів, господарська діяльність лю­дини тощо. Отже, рівняння балансу наносів має такий вигляд:

R річ + ї^-бер + R + ї^ід = R річ + ї^-ак ±AR

де Яріч - надходження та винесення наносів із річковим стоком; R&j) - унаслідок руйнування берегів; Rs; - еолове принесення;

- рештки відмирання живих організмів; Rjuj - акумуляція на дні; ±AR - зміна вмісту суспензій у воді.Акумуляція наносів на дні приводить до формування донних відкладів, які за походженням часток, що їх складають, поділяються на т еригенні (пере­важно це мінеральні частки, що надходять із водозбору і берегів озера), біогенні й хемогенні, які є результатом гідробіологічних і гідрохімічних процесів у вод­ній товщі озера.

За складом донні відклади поділяють на мінеральні (пісок, мінеральний мул, солі), сапропелі (біогенні мули) і торф'янисті мули. Сапропель (гнилий мул) містить переважно рештки нижчих рослин і тварин із більш-менш значни­ми домішками мінеральних часток та вищих рослин. Мули типу сапропелю ха­рактерні для евтрофних озер, багатих на поживні речовини, це озера лісової зо­ни. Потужність їх мулу може досягати 30 м. Сапропель використовується як добриво, додають до корму для худоби.

Торф'янистий мул характерний для озер дістрофного типу, бідних на ор­ганічні речовини. Він складається з решток сплавин і прибережної рослинності, мохів, листя, стовбурів та гілок дерев. Він використовується як паливо, добриво та в хімічній промисловості.

У розподілі відкладів в озерній улоговині існує певна закономірність, що пов'язана з механічним складом наносів. Крупність наносів зменшується в на­прямку від берегів до центра улоговини: галечник, галечниково-піщані відкла­ди, мулисто-піщані відклади.

Зарост ання озер - це нормальний процес їхнього розвитку. В міру запов­нення озерної улоговини наносами створюються умови для поселення рослин спочатку в прибережній смузі, а потім і по всьому озеру.

 

5.12. Водні маси озер

Основні властивості водної маси у водоймі - її генетична однорідність. За генезисом виділяють два типи водних мас: первинні та основні.

Первинні водні маси озер формуються на їх водозборах і надходять до во­дойми у вигляді річкового стоку. Властивості цих водних мас залежать від при­родних умов водозборів і змінюються по сезонах у залежності від гідрологічно­го режиму. Основна особливість первинної водної маси фази повені - низька мінералізація, підвищена мутність води, достатньо високий уміст розчиненого кисню. Температура первинної водної маси в період нагрівання зазвичай вища, ніж у водоймі, і нижча в період охолодження.

Основні водні маси формуються безпосередньо у водоймі; їх характерис­тики відображають особливості гідрологічного, гідрохімічного і гідробіологіч­ного режимів водойм. Частку властивостей основні водні маси спадкують від первинних водних мас, частку набувають внаслідок процесів, які відбуваються всередині водойми, а також під впливом обміну речовиною і енергією між во­доймою, атмосферою та ґрунтами дна. У межах основної водної маси водойми в окремі сезони року виділяють її модифікації: поверхневу, проміжну, глибинну та придонну. Модифікації основної водної маси визначаються перш за все роз­ходженнями за температурою води по глибині водойми, вмістом кисню і орга­нічних речовин.Поверхнева водна маса - це верхній найбільш нагрітий шар води (епілім­ніон), глибинна водна маса - зазвичай найбільш потужній і відносно однорід­ний шар більш холодної води (гіполімніон), проміжна водна маса відповідає шару стрибка температури (металімніон), придонна водна маса - це вузький шар води на дні з підвищеною мінералізацією та специфічними організмами.

Унаслідок взаємодії первинної (річкової) та основної (озерної) водних мас формується зона змішування, в якій одна водна маса трансформується в іншу. В межах цієї зони знаходиться гідрологічний фронт - це відносно вузька смуга з найбільшими горизонтальними градієнтами основних характеристик води (мінералізація, температура та ін.). Гідрофронт розділяє різні водні маси.

 

Контрольні запитання:

1.   Що вивчає гідрологія озер?

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 


Похожие статьи

В Г Клименко - Загальна гідрологія

В Г Клименко - Формування v студентів знань і вмінь про хімічний склад та оцінку якості поверхневих вод