КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ В ОЗЁРАХ

Колебания уровня воды в водоёме зависят от ежедневно изменяющегося соотношения всех составляющих водного баланса вследствие смены погодных условий, изменения расхода воды в притоках, водообмена с грунтовыми водами, водоотбора и сброса сточных вод, попусков воды гидроузлами. Вызванные этими причинами изменения аккумуляционной составляющей баланса проявляются в закономерном изменении ото дня ко дню высоты среднего уровня в водоеме, т. е. определяют его уровенный режим.

В уровенном режиме озёр выделяют два вида колебаний: периодические и циклические.

Периодические колебания (или внутригодовые) оцениваются по данным ежесуточных водомерных наблюдений и расчету среднего уровня в озере, ежегодно повторяющиеся фат которых хорошо видны на графике изменения #ср. в течение года (рис. 4.2).

Пятимесячная фаза наполнения Ладожского озера сменяется в июне, на спаде половодья в притоках, более продолжительной фазой снижения запаса воды, когда сумма расходных составляющих (увеличивающихся и испарения, и стока в Неву) становится больше суммы приходных[1].

Внутригодовые колебания уровня в Ладожском озере

Рис. 4.2. Внутригодовые колебания уровня в Ладожском озере: а - приход воды (/) и ее расход (2) в мм/мес., изменение среднемесячных значений уровня воды в см (5) в среднем за период 1932-1958 гг. (по: Малинина, 1966); б - колебания уровня в экстремально водные годы в период 1859-1988 гг. по водпосту Валаам (Ладожское озеро. Атлас, 2002)

Разница между максимальным и минимальным уровнем называется размахом колебания уровня. В среднем он составляет около 40 см (Рис. 4.2 я), в многоводные годы увеличивается до 1 м, а в маловодные - уменьшается до 25 см (рис. 4.2 б). Изменяются и сроки смены фаз, их продолжительность в зависимости от соотношения снегового, дождевого и ледникового (в горах) питания озёрных притоков, от вклада дождевых осадков в сравнении с притоком речных вод. Таким образом, режим уровня в тог или иной год определяется типом годового водного баланса. Форма графика внутригодового колебания уровня воды в озёрах даже одной природной зоны может иметь, как и структура водного баланса, сильно выраженные индивидуальные черты (рис. 4.3).

Для большинства озёр характерна большая скорость повышения уровня в фазу наполнения чаши и затем, после дня с наибольшим значением уровня #макс., - медленный его спад до конца маловодной части года. На фоне снижения уровня нередко возникают отдельные пики вследствие выпадения дождевых осадков или паводков ледниковых рек на водосборе. Самые низкие уровни #ми„ в водоёме обычно наблюдаются перед началом весеннего или летнего половодья.

В большинстве озёр размах внутригодовых колебаний (АН = Нмакс. - Нмин.) составляет дециметры (в Онежском - 60 см). В озёрах, питающихся ледниковыми водами, внутригодовые колебания уровня могут превышать Юм (например, в Сарезском озере - до 11- Нм). Иная причина большого размаха таких колебаний уровня в обширном полярном озере Таймыр[2] - заторы льда в июне на вытекающей из него р. Нижняя Таймыра. К концу зимней межени площадь озера в некоторые годы сокращается с 4560 до 1200 км, а максимальная глубина- с

Рис. 4.3. Внутригодовой режим колебаний среднесуточного уровня в озерах с разнотипным водным балансом: а- Таймыр (тип СП|, 1973 г.); б - Ильмень (СП|, 1951); в- Верхнее (СД*, 1978); Г- Ханка (ИДд, 1949); Д- Кучук (ИП) 1971); е - Чад (ИП|, 1973); Л период ледостава (по: Доганов- ский, Малинин, 2(Ю4)

26 до 20 м.

Циклические (или квазипериодические) многолетние колебания уровня в озёрах видны на графиках изменения среднегодовых значений //, то есть колебания уже осредненных за год суточных величин, характеризующие изменение условий увлажнения территории системы «водоём-водосбор» (Шнитников, 1968). На графиках (рис. 4.4) выделяют чередование циклов, состоящих из нескольких многоводных и следующего за ними, как правило, немного большего числа маловодных лет.

Статистический анализ наиболее продолжительных многолетних (до 100 лет и более) рядов среднегодовых значений уровня в озёрах, выполнявшийся А. В. Шнитниковым и А. М. Догановским[3], показал, что в сточных озерах (Ладожское, Сайма, Ханка) 5-6-летние циклы колебаний накладываются на более продолжительный 27-30- лстний (нестрогая периодичность при малом числе таких циклов в 100-летний период водомерных наблюдений).

Объясняют это тем, что в многоводные годы накапливаются в

Рис. 4.4. Многолетние колебания среднегодового уровня в озёрах с разным типом водного баланса и удельным водосбором: а - Верхнее (СД4, <р= 1,6); б- Ладожскос (СПь <Р = 14); в- Ханка (ИД^ <р= 5); г - Алаколь (ИПь <р= 26); д- Чад (ИПЬ <р=93)

сточных озёрах с малой проточно- стыо запасы воды, которые в такие годы не успевают израсходоваться. Формируется положительный тренд уровня, сменяющийся на отрицательный тренд в несколько последующих лет малой увлажненности водосбора. Продолжительность обеих ветвей таких циклов увеличивается от гумидных районов к аридной зоне, в озёрах которой увеличивается вклад вертикальных компонент внешнего водообмена, особенно в бессточных озёрах (рис. 4.4 г и рис. 4.4 д).

В многоводные (трансгрессивные) фазы циклических колебаний уровня, характеризующиеся подъемом уровня и увеличением площади озера, условия его зарастания макрофитами ухудшаются в сравнении с регрессивными в маловодья.

Гидрометеорологическая причина многолетних колебаний уровня в озёрах понятна: это - чередование серий многоводных и маловодных лет в речных бассейнах, которые питают озёра, так как большая часть водоёмов относится к стоково-приточному типу внешнего водообмена. Причины изменения увлажнённости водосборов еще не выяснены, однако установлено, что, чем более проточно озеро, тем меньше сглаживаются в нем межгодовые колебания речного стока. Для сильно проточных озёр они напоминают многолетние колебания годового стока рек, которыми они питаются. Чем более замедлен водообмен в озерах, тем сильнее растягивается в озере многоводная серия лет с повышенным уровнем и уменьшается число маловодных лет за счет влияния соотношения испарение-осадки на озере в эти годы.

Во второй половине XX века наступила стадия усыхания озер в Центральной Азии. Особенно ярко это проявилось в падении уровня в Аральском морс, оз. Лобнор превратилось в группу солёных озер и болот, уменьшились размеры многих озёр на северо-западе Китая вблизи его границы с Монголией и Казахстаном. Площади их сократились в 5-6 раз за 50 лет. Они становятся всё солёнее или солончаками. Поэтому снижение уровня в Аральском морс нс только связано с интенсификацией использования воды в его бассейне, но и отражает общую закономерность вековых колебаний водных ресурсов озер Центральной Азии.

Размах колебании уровня (внутригодовых и многолетних) зависит от двух факторов:

)удельного водосбора. Чем больше значение <р, тем проточнее озеро, и сильнее влияние режима притоков на структуру внешнего водообмена;

2) внутригодовой изменчивости стока рек, питающих озеро. Чем больше изменчивость расхода воды в реках, тем больше размах колебания уровня. Это видно на рис. 4.5 а по трём вытянутым группам точек[4], характеризующих в годы разной водности размах колебаний уровня в озёрах трёх регионов Восточной Европы.

Рис. 4.5. Географические факторы, определяющие размах колебаний уровня воды в озёрах: а - зависимость среднего годового размаха колебаний уровня А//срот удельного водосбора у озер в центральной части НТР (У), в Прибалтике (2) и Карелии (J); б - от формы озерной чаши конической (У) и эллипсоидальной (2)

Наиболее сильно увеличивается размах его колебания (ДЯ) в озёрах с большим удельным водосбором в центральном регионе европейской территории России, где речной сток отличается наибольшими значениями коэффициента вариации CV расходов воды в реках среди трёх сравниваемых регионов из-за малой озёрно- сти (2-3 %). В озёрах прибалтийских стран естественная зарегули- рованность речного стока больше из-за озерности 3-5 % Балтийского поозёрья. Поэтому вторая группа точек на графике занимает промежуточное положение. Третья группа- озёра Карелии, имеющие наименьшие величины АН из-за наибольшей озерности (>10%) и зарегулированности карельских рек, в большинстве своём - озёрных, с наименьшими значениями CV расходов воды.

Наряду с двумя географо-гидрографическими факторами, размах колебания уровня воды в озере зависит еще и от формы его чаши. Чем меньше коэффициент формы озёрной чаши (см. раздел 2.5), тем больше размах колебаний уровня. На рис. 4.5 б изображены безразмерные кривые площадей двух геометрических моделей озёрной чаши - конуса и эллипсоида (полушара). Представим, что начальный уровень Н0 в обеих чашах в фазу наполнения был одинаковым. За некоторое время / в них поступили равные объёмы воды, увеличившие сё запас в первом водоёме на величину w. Во втором водоёме запас воды стал больше на такую же величину W2 = wj, но это привело к меньшему подъёму уровня (#,2 <Н,).

По наблюдениям в течение многих десятков лет за уровнем воды в озёрах установлено, что размах среднегодовых значений в циклических колебаниях их уровня значительно больше размаха среднесуточных значений в периодических его колебаниях (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Средние за многолетний период величины размаха (см) колебаний уровня воды в крупнейших озёрах

Озеро

Циклические

(многолетние)

Периодические

(внутригодовые)

Байкал (l 898-1958)

80

80

(1959-1987)

105

85

Верхнее (1859-1988)

200

30

Ладожское (1859-1988)

316

48

Онежское (1881-1951),

156

62

(1953-2002)

132

65

Примечание: по данным атласов «Байкал» (1993), «Ладожское озеро» (2002), «Онежское озеро» (2010) и Lake Superior (Data Book... vol. I, 1988)

На Байкале эта закономерность появилась лишь после его подпора на 75 см Иркутским гидроузлом. На Онежском озере его подпор Верхнесвирским гидроузлом на 30 см привёл к небольшому снижению размаха многолетних колебаний и к слабому повышению, как и на Байкале, размаха внутригодовых колебаний уровня воды.

Влияние гидротехнического преобразования водного баланса на размах колебаний уровня в бессточном Каспии, по модельным расчетам, проявилось в увеличении АН вследствие отсечения дамбой залива Кара-Богаз-Гол в 1980 г., а равновесный уровень Каспия поднялся на ~1 м. После её прорыва в 1992 г. и увеличившегося в 2- 3 раза оттока воды в залив, по сравнению 1970-ми годами, уровень к 1996 г. снизился на 0,3-0,5 м, и восстановились инерционность и сглаженность периодических колебаний уровня в водоеме[5].

Таким образом, в озёрах генерируемые приходными составляющими баланса колебания водно-балансового уровня стабилизируются расходными составляющими сильнее в течение гидрологического года, чем в многолетние циклы увлажненности крупных водосборов.

  • [1] Малинина Т. И. Водный баланс Ладожского озера // Гидрологический режим иводный баланс Ладожского озера. - Л. : Изд-во ЛГУ, 1966. - С. 183-203.
  • [2] География озёр Таймыра. - Л. : Наука, 1995. - 221 с.
  • [3] Догановский А. М. Анализ автокорреляционных функций рядов среднегодовыхуровней озер // Вопросы гидрологических расчетов и охрана природных вод. - Л. :Политехнический ин-т, 1985. - С. 87-93.
  • [4] Богословский Б. Б. Водный баланс и термина озер и водохранилищ. - Л. : Политех. ин-т, 1979.-71 с.
  • [5] Фролов А. В. Влияние возобновления оттока в Кара-Богаз-Гол на многолетниеколебания уровня Каспийского моря// Метеорология и гидрология. - 1998. - № 7. -
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >