Морфология и морфометрия озер
Во всех озерах выделяют основные морфологические элементы: котловину, т.е. естественное понижение земной поверхности различного происхождения, в пределах которого и расположено озеро; ложе (или чашу) озера, непосредственно занятое водой (рис. 1, а).
Важным элементом озерной котловины является береговая область (рис. 1 б), которая при абразионном характере берега включает береговой уступ, побережье и береговую отмель. Последние два элемента озерной котловины часто называют литоралью, к характерным чертам которой относятся мелководность и воздействие волнения. За пределами литорали находится подводный откос (или сублитораль). Глубоководная часть озера – это пелагиаль; дно озера называют профундалью.
Развитие высшей растительности (макрофитов), как правило, ограничено литоралью.
В пределах озера выделяют такие морфологические элементы, как плесы, заливы, бухты.
Рис 1- Схема озерной котловины (а) и ее береговой области (б):
1 – котловина; 2 – ложе (чаша); 3 – береговая область; 4 – береговой уступ; 5 –побережье; 6 – береговая отмель; 7, 8 – абразионная и аккумулятивная части береговой отмели; 9 – подводный откос; 10, 11 – низший и высший уровни воды; 12 – коренные породы; 13 – начальный профиль берега
Основными морфометрическими характеристиками озера служат (рис. 2):
площадь озера Fоз;
объем воды в озере Vоз;
длина береговой линии Lбер.л, проведенной по урезу воды;
длина озера Lоз — кратчайшее расстояние по поверхности воды вдоль оси озера между наиболее удаленными точками береговой линии;
ширина озера Воз – расстояние между противоположными берегами озера, измеренное по линии, перпендикулярной оси озера в любой его части. Наибольшее значение последней величины называют максимальной шириной озера Bоз.max. Среднюю ширину озера вычисляют по формуле:
Рис. 2 — Морфометрические характеристики озера
Важными морфометрическими характеристиками озера являются его глубина hоз (в разных частях озера она различна), максимальная глубина hоз.max, средняя глубина hоз.ср, которая определяется по формуле
hоз.ср = Vоз / Fоз .
Все перечисленные выше морфометрические характеристики озера зависят от высоты стояния уровня воды в нем или от выбранного в толще воды отсчетного горизонта (или глубины). Наиболее важно знать, как изменяются с изменением уровня (или глубины) такие характеристики, как площадь озера, объем воды в нем, средняя и максимальная глубина.
Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 3979 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Морфология и морфометрия озер
В озере выделяются следующие основные морфологические элементы:
• Котловина — это естественное понижение земной поверхности разного генезиса, в пределах которого и расположено озеро;
• Ложе (или чаша) озера – понижение, непосредственно занятое водой.
В котловине по направлению от берега вглубь озера различаются береговая и глубинная (пелагиаль) области.
Береговая область включает три зоны (рис. 15):
♦ Собственно берег – часть суши, окружающая озеро и представленная бровкой и береговым склоном. Граница основания склона проводится по максимальному уровню волно-прибойной деятельности.
 |
Рис. 15. Схема озерной котловины (а) и ее береговой области (б)
1 – котловина; 2 – ложе (чаша); 3 – береговая область: 4 – береговой уступ, 5 – побережье, 6 – береговая отмель, 7 и 8 – абразионная и аккумулятивная части береговой отмели, 9 – подводный откос, 10 и 11 – низший и высший уровни воды, 12 – коренные породы, 13 – начальный профиль берега
♦ Побережье – это зона прибойной полосы, включающая сухое, затопляемое и подводное побережье.
♦ Береговая отмель — это подводная терраса, опускающаяся в сторону озерной впадины и состоящая из абразионной и аккумулятивной отмели. Последняя оканчивается бровкой подводного откоса.
Побережье и береговую отмель часто объединяют в одну зону называемую литоралью.
Глубинная область (пелагиаль) занимает глубокую часть озера, недоступную волнению. Донную часть озера называют профундалью.
В пределах ложа озера выделяются такие морфологические элементы, как плесы, заливы, бухты, губы.
К морфометрическим характеристикамозера относятся:
• Площадь водной поверхности (зеркала; F) рассчитывается как средняя многолетняя величина, но может изменяться в зависимости от фазы водности, питающих озеро рек.
• Длина озера, l – кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными точками береговой линии, измеренное по поверхности.
• Максимальная ширина озера, Bmax – перпендикуляр к длине озера в наиболее широкой его части.
• Средняя ширина, Bcp – частное от деления площади зеркала озера на его длину.
• Максимальная глубина, Hmax– определяется по журналу промера глубин.
• Средняя глубина, Hcp – частное от деления объема озера на площадь его зеркала.
• Длина береговой линии, L, измеряется по нулевой изобате.
• Изрезанность береговой линии, k, определяется путем сравнения с длиной окружности круга, равновеликого по площади, согласно формуле:
.
• Объем озера (объем котловины, заполненный водой до определенного уровня) — вычисляется как сумма отдельных слоев котловины, заключенных между горизонтальными плоскостями, проведенными друг от друга на расстоянии h, где h – мощность элементарного слоя (сечение изобат):
,
• Форма озерной котловины, С – безразмерный показатель, позволяющий определять степень приближения формы озера к геометрическим фигурам (цилиндр С=2; полусфера С=1,78; параболлоид С=1,5; конус С=1,33). Вычисляется по формуле Муравейского С.Д., как отношение средней глубины озера к глубине положения центра тяжести озерных вод.
Связи между отдельными характеристиками определяют кривые площадей, объемов и средних глубин озера. Подробно морфометрические характеристики рассматриваются на лабораторных занятиях.
Водный баланс озер
Водный баланс озера – это равновесное состояние между количеством воды, поступающим в озеро (питание), количеством, удаляемым из водоема (расходование) и изменением водной массы озера за некоторый промежуток времени.
В упрощенном виде уравнение водного баланса выглядит следующим образом:
X — атмосферные осадки;
Урп — речной приток;
Усбр — антропогенный приток или сброс сточных вод;
Zконд — конденсация водяного пара на зеркало озера;
Wnp — подземный приток.
Увдсб — антропогенный водозабор на орошение, водоснабжение;
Zиcn — испарение с поверхности озера;
Wф — подземный отток (фильтрация);
Δu- изменение запасов воды в озере.
Нарушение водного баланса озер за счет изменения показателя Δu ведет к изменению коэффициента озерности, аридизации или гумидизации ландшафтов региона. Среди составляющих приходной и расходной частей уравнения водного баланса всё большую роль приобретает антропогенный фактор.
§ 5. Водный режим озера
Водным режимом озера называются закономерные изменения уровня воды, площади, объема вод, а также характеристик течений, волнений и перемешиваний в озере.
Главнейшими характеристиками водного режима озера являются колебания уровня воды в озере. Они подразделяются на несколько групп по причинам, вызывающим их.
Вековые и многолетние колебания уровня озер связаны с изменениями составляющих водного баланса озер (притока речных вод, осадков и т.д.) и с изменением объема (массы) воды в озере, обусловленных климатическими причинами. Например, в Евразии установлены вековые колебания уровня озер и повышенная увлажненность территорий с периодом 1850 лет. Общеизвестны вековые и многолетние колебания уровней Каспийского и Аральского морей, связанные с климатическими факторами (колебанием увлажненности регионов). В случае Аральского моря дополнительной причиной ускорения падения уровня моря является антропогенный фактор, а именно, большой забор вод рек Амударьи и Сырдарьи на орошение.
Сезонные колебания уровня озер связаны с изменениями водного баланса, определяемыми внутригодовым режимом. Озера, питающиеся водами с ледников (Телецкое, Иссык-Куль) имеют максимальный уровень во вторую половину лета. Озера северной и средней полосы Европы (Онежское, Плещеево) имеют подъем уровня весной в период снегового половодья на реках. В области муссонного климата повышенные уровни наблюдаются летом и осенью. В условиях засушливого климата (Казахстан и др.) резко выражен ранний весенний подъем уровня озер (до 4 м) и быстрый спад в первую половину лета. В целом амплитуда колебаний уровней озер в течение года различна, меняется от нескольких см до 2-3 м , реже более 7 м.
Сгонно-нагонные колебания уровней зависят от направления и скорости ветра и от колебаний атмосферного давления. Это кратковременные колебания (несколько часов до 2-3 суток) с амплитудами от нескольких дециметров до 1-2 м. Воздействие ветра вызывает повышение уровня воды у наветренного берега, т.е. нагон, а такие понижения уровня у подветренного берега озера, т.е. сгон. Незначительные перекосы уровня (несколько см) вызываются и неравномерным распределением атмосферного давления по типу «обратного барометра». Уровень воды повышается при понижении атмосферного давления.
Основной причиной волнения на озерах является ветер. В связи с небольшими размерами и глубиной водоема волнение на озерах имеет особенности по сравнению с морским. Волнение быстро возникает и быстро затухает. Волны обычно трехмерные (фронта волны нет), более крутые, с меньшей высотой (обычно 0,5 м , реже до 3-6 м). Крутизна — это отношение высоты волны к ее длине. На озерах она равна 0,1.
Сейши— это стоячие свободные волны, возникающие под влиянием изменения атмосферного давления над озером. Эти колебательные движения не имеют поступательного характера и представляют лишь вертикальные колебания, при которых в одном месте происходит подъем, а в другом — опускание уровня воды (рис. 16). Пункты, где колебания максимальны называются пучностями, а линии где нет колебаний — узлами. Различают одноузловые и многоузловые (2, 3 и т.д.) сейши.
Рис. 16. Схема изменения уровней воды в озере при одноузловой (А) и двухузловой (Б) сейшах
Амплитуда сейш составляет от нескольких см до десятков см, периоды — от 5-10 мин. до нескольких часов (редко суток).
Течения в озерахобусловлены несколькими причинами и поэтому различают разные виды течений.
а) Ветровые течения вызываются ветром, и их скорость (Vв) равна Vв = KWв, где Wв — скорость ветра (м/с), К — ветровой коэффициент, равный 0,01-0,02. В среднем Vв = 0,5 м/с.
б) Компенсационные течения возникают в результате сгонно-нагонной денивеляции уровня озера, вызываемой ветром. Они развиваются ниже поверхностного слоя и направлены противоположно ветровым течениям.
в) Сейшевые течения возникают после прекращения ветра на многих озерах.
г) Гравитационные (стоковые) течения возникают при перекосе уровня воды от втекающих в озеро рек. Их средняя скорость составляет 1-2 м/с.
д) Плотностные течения возникают вследствиенеравномерного распределения температуры по пространству озера. Термические неоднородности создают горизонтальные градиенты плотности и перекосы уровня. В период нагревания температура воды вблизи берегов выше, чем в середине озера. Это создает горизонтальную циркуляцию против часовой стрелки (под влиянием силы Кориолиса). В период охлаждения проходят обратные явления. Скорости этих течений 0,3-0,5 м/с.
е) Конвективное перемешивание в озерахвызывается также весенним нагреванием или осенним охлаждением.
Термический режим озера
Для озер умеренного климата выделяется две крупные термические фазы: нагревание (весеннее и летнее) и охлаждение (осеннее и зимнее). Весеннее нагревание начинается с появлением положительных температур весной. В это время на поверхности озера лежит лед, а верхние слои воды имеют самую низкую температуру. Такая термическая ситуация получила название обратной стратификации (стратис — слой). Весеннее нагревание длится до тех пор, пока верхние слои воды не прогреются до температуры нижних. Как только температура воды во всем озере выровняется и наступит состояние гомотермии, начинается период летнего нагревания. В это время активный прогрев верхних слоев воды приводит к образованию прямой стратификации, т.е. увеличению температуры воды в озере от дна к поверхности. В этот период наблюдается расслоение озерных водна 3 термические зоны (рис. 17):
Рис. 17. Вертикальные термические зоны в озерах умеренного пояса
1 – изменение температуры по глубине, 2 – изменение градиента температуры по глубине.
· Гиполимнион – нижний слой с холодной «весенней» водой;
· Металимнион– слой температурного скачка, где вертикальный градиент температуры может достигать 8-10 0 С на 1 м глубины.
· Эпилимнион – поверхностный, наиболее теплый слой воды.
Осеннее охлаждение начинается с устойчивого снижения среднесуточных температур воздуха ниже температуры поверхностных слоев озера и заканчивается гомотермией вод. Дальнейшее зимнее охлаждение поверхностных вод приводит к активной вертикальной конвекции, когда уплотнившиеся вследствие охлаждения и ставшие более тяжелыми поверхностные воды опускаются на дно и вытесняют на поверхность менее плотные и более легкие донные воды. Таким образом, в озере формируется обратная термическая стратификация.
Термический режим озер обуславливает формирование в них двух областей. В теплоактивной, прибрежной области в связи с меньшими глубинами вода быстро нагревается (выше +4°С) и быстрее охлаждается (ниже +4°С) по сравнению с теплоинертной областью центральной части озера. Между этими областями появляется вертикальный пояс с температурой наибольшей плотности воды +4°С, где плотная вода опускается. Этот пояс носит название «термический бар». Он виден с поверхности в виде узкой светлой полосы весной и осенью. Это своеобразный тепловой и динамический барьер между прибрежными и центральными водами озера. Впервые это явление описано Ф. Форелем в 1901 г. в Женевском озере (Швейцария).
Термическая классификация озервпервые предложена Ф. Форелем, а позднее уточнена многими учеными. Выделены группы озер:
Полярные — с температурой в течение года ниже +4°С и с обратной стратификацией.
Тропические — с температурой выше +4°С и постоянной прямой стратификацией.
Умеренные — с температурой зимой ниже +4°С и весной-летом — выше +4°С и с переменной температурной стратификацией.
По характеру ледовых явлений выделяют четыре группы озер:
— озера, не имеющие ледовых явлений (экваториальные и тропические регионы),
— озера с неустойчивым ледоставом (южные регионы умеренного пояса),
— озера с устойчивым ледоставом зимой (умеренный пояс),
— озера с ледоставом в течение всего года (районы Крайнего Севера).
Ледовый режим озер
В ледовом режиме озер, как и у рек, выделяются три характерных периода — замерзание, ледостав и вскрытие, во время которых происходят аналогичные речным ледовые явления. В период замерзания образуются забереги (припаи), сало, внутриводный лед, ледяные наплески на пляжах, ледяные валы на отмелях («сокуи» на Байкале высотой до 3 м), ледяная галька в прибойной зоне («колобовники» на Байкале).
Ледостав на больших озерах формируется 2-3 месяца, завершаясь в январе, а на малых озерах — в течение нескольких дней.
Ледяной покров состоит из нескольких видов озерного льда:
— водный (озеровидный) — это прозрачный кристаллический лед,
— водно-снеговой лед — мутный, непрозрачный, беловатый, образующийся при смерзании пропитанного водой снега. Он называется «наслузом».
— снеговой лед, образующийся при подтаивании снега на поверхности с последующим замерзанием.
Толщина льда в Северной Евразии — 0,5-2 м, иногда до 3 м, в южных районах — всего несколько см.
Вскрытие озер в Европе на 7-14 дней позже, чем вскрытие рек.
Источник