ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ОЗЁР И ВОДОХРАНИЛИЩ

Пространственная неоднородность свойств и состава воды в водоёмах суши, её сезонная и межгодовая изменчивость зависят не только от внешнего водо-, тепло- и массообмена водоёма со окружающей средой. Ещё более значимы разнообразные и исключительно изменчивые гидродинамические процессы, определяющие режим внутреннего водообмена в конкретном водоёме. Продолжительные измерения течений в отдельных точках водоёма не дают цельного представления об интенсивности внутреннего водообмена в отдельных районах, участках и слоях озёр и водохранилищ из-за влияния на него медленных вертикальных токов воды, внутренних волн, вертикальных и горизонтальных циркуляций воды, возникающих при сгонах и нагонах, длинных волнах и других явлениях.

Поэтому во второй половине XX века в гидрологии озёр и водохранилищ возникло новое направление исследований гидрологического режима крупных водоёмов. Наблюдениями решалась обратная задача: изучить закономерности внутригодовых и многолетних изменений пространственной неоднородности важнейших характеристик свойств воды и её химического состава для того, чтобы выявить особенности внутреннего водообмена в конкретном озере или водохранилище.

Для решения этой задачи проводятся синхронные гидрологогидрохимические экспресс-съёмки крупного водоёма с нескольких одновременно работающих по общей научной программе экспедиционных судов. Цель такой съёмки - при неизменной погоде выполнить комплекс полевых наблюдений на большом числе гидрологических станций, равномерно распределенных по акватории всего водоёма. Эта методика подобна синхронным съёмкам океанографических полигонов, организуемых для изучения взаимодействия водных масс в зонах гидрологических фронтов. Сопоставляя результаты серии из нескольких таких съёмок, можно оценить изменение распределения физических и химических характеристик воды вследствие внутреннего водообмена.

Впервые такие исследования были организованы на Великих озёрах лимнологами Канады и США, а на водохранилищах - Институтом биологии водохранилищ АН СССР. В 1960-1964 гг. было выполнено 20 экспресс-съёмок Рыбинского водохранилища с 4 судов и 8 зимних съемок со льда с использованием вездехода. В каждой из съёмок проводилось термокондуктометрическое зондирование 45- ТО вертикалей и отбор проб воды с 1-3 горизонтов для определения содержания НСОз, Са, Mg и цветности воды (Буторин, 1969).

Анализ результатов наблюдений показал наличие в многолопастном водохранилище четырех водных масс с различными свойствами и химическим составом воды в течение каждого годового гидрологического цикла. Аналогичные исследования в те же годы выполнены на более проточном Горьковском водохранилище, где также установлено существование качественно различных водных масс (Эдельштейн, 1991).

На основании этих исследований сформулировано понятие водная масса континентального водоёма. Это - «сравнительно большой объём воды, формирующийся в определенных физико- географических условиях водосбора или в самом водоёме, обладающий в течение каждой фазы гидрологического режима почти постоянными величинами и непрерывным распределением физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс и распространяющихся как одно единое целое». Или кратко: водная масса (ВМ) - это генетически и качественно однородный объём воды.

Пространственное сочетание в водоёме водных масс и фронтальных зон между ними названо гидрологической структурой водоёма.

Каждая водная масса имеет свойственный ей набор характеристик. Характеристика водной массы это численное выражение физических, химических или биологических её свойств. Одни из них - характеристики состояния ВМ, другие - показатели интенсивности внутримассовых процессов динамики и трансформации свойств ВМ (табл. 13.1).

При анализе пространственной неоднородности полей характеристик водных масс в пределах акватории водоёма учитывают три их особенности:

- взаимозависимость одних характеристик и независимость других. Взаимозависимы те величины, которые характеризуют одно и то же свойство воды. Так, например, удельная электропроводность воды кя определяется величиной суммы ионов (см. раздел 6.1). Поэтому между их значениями в большинстве точек водного пространства имеется тесная связь с коэффициентом корреляции г ~ 1. Эту

Основные характеристики водных масс в водоёмах

Таблица 13.1.

Характеристики состояния ВМ

Показатели интенсивности процессов в ВМ

Свойство

Характеристика

Размерность

Процесс

Размерность

Тепловое

Температура Т

°С

Течения

см/с

Электропроводимость воды

Удельная электропроводность А'|8

мкСм/см

Нисходящие и восходящие токи воды

см/с, мм/с

Г равитационная устойчивость ?ф

Турбулентный

обмен

г/(м с)

Мутность

Концентрация

взвеси

мг/л, г/м3

Фазовая скорость волн

м/с

Минерализация

Сумма ионов ЕС,

мг/л

Адвекция водной массы

м7сут

Концентрация

ионов

НС03, С03. S04, Cl, Са, Mg, Na, N03, РО4

мг/л, мкг/л

Испарение воды

мм/сут

Насыщенность

кислородом

02

мг/л, % нас.

Содержание

органического

вещества

Окисляемость воды (ПО и БО)

мг О/л

Седиментация

(гидравлическая

крупность)

мм/с, м/сут

Окрашенность

воды

I(ветность

°Pt-Co

Биоседиментация

г/(м2 сут)

Светопропус-

канис

Прозрачность SD

м

Продукция органического вещества

мг Сорг./(л сут), мг 02/(л сут)

Планктон,

бентос

(видовой состав)

Численность

экзУл, экз./м2

Биомасса

г/м3, г/м2

Деструкция органических веществ

мг СорГ./(л сут), мг 02 /(л сут)

Концентрация хлорофилла СЫ

мг/м3

связь используют для контроля достоверности измерений обеих характеристик или для восстановления пропуска в наблюдениях, При отклонениях измеренных значений от линии связи свыше вероятной ошибки измерений проверяют результаты определения концентрации отдельных ионов, чтобы выяснить, нс вызван ли разброс значений A'i8 и LC, аномалией химического состава воды, связанной с ее загрязнением;

  • - консерватизм характеристики, показывающий устойчивость се значения при трансформации свойств воды в изменяющихся погодных условиях. Наиболее консервативны характеристики генетических свойств воды, приобретенных ею в очаге своего формирования: минерализация, гидрохимическая фация речной воды, поступившей с водосбора в одну из фаз стока, величина её удельной электропроводности &|8, жесткость, цветность (летом она становится менее консервативной). В вегетационный сезон наиболее неконсервативны характеристики продукционно-деструкционных процессов, температура, мутность воды, содержание СЬ. Они не пригодны для выявления объемов генетически однородных водных масс, но служат признаками их синоптической и впутрисуточиой трансформации;
  • - репрезентативность (показательность) характеристики зависит от соотношения между вероятной погрешностью её измерения в экспресс-съёмке или в химической лаборатории и диапазоном изменчивости характеристики в пределах водоёма в день съёмки. Чем меньше это отношение, тем более репрезентативна характеристика1:

где кЯх - коэффициент репрезентативности характеристики X; АХ- средняя погрешность ее измерения и = [(^- 3fcp)2/ и]0,5- стандартное отклонение измеренных значений характеристики от среднего значения Ххр.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >