Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Гидрометеорология / Лимнология общая / Курс лекций / Гл. 4 Водный баланс и уровневый ркежим.doc
Скачиваний:
62
Добавлен:
28.04.2017
Размер:
15.85 Mб
Скачать

Глава 4. Водный баланс и уровневый режим

4.1 Водный баланс озер

История регулярных гидрологических наблюдений на водоемах республики Беларусь насчитывает свыше 50 лет. В этот временной промежуток укладываются как глобальные изменения природной среды, обусловленные всеобщим экономическим кризисом второй половины ХХ столетия (общее увеличение уровня загрязнения), глобальным потеплением климата, так и локальными изменениями, вызванные чрезвычайно бурным возрастанием антропогенной активности. Все это не могло не повлиять на ситуацию на водоемах и не вызвать ряд серьезных экологических проблем, решение которых может быть успешно осуществлено только при условии достоверной оценки имеющихся водных ресурсов и их изменения во времени и пространстве.

В 60-х годах достаточно подробно был рассчитан водный баланс озера Нарочь и некоторых водохранилищ Беларуси. В связи с недостаточным количеством гидропостов на озерах в ряде случаев некоторые величины баланса вычисляются косвенно. А. Г. Булавко (1954 г.) разработал методику расчета потери на испарение. К. А. Клюева (1961 г.) составила первую карту стока территории Беларуси, которая позволяет приближенно определить роль стока в общем значении водного баланса. Позже Г.М. Базыленко был рассчитан водный баланс наиболее крупных водохранилищ Беларуси.

По Б. Б. Богословскому (1960 г.), уравнение водного баланса для сточных озер выглядит следующим образом:

X+Упр+ Угр+К-Устф-Z=±ΔV,

где X — осадки на зеркало; Упр — поверхностный приток в озеро; Угр — подземный приток в озеро; К — конденса­ция водяных паров на водное зеркало; Уот — поверхност­ный сток из озера; Уф — фильтрация (подземный сток); Z — испарение с зеркала озера; ΔV — изменение объема воды в озере за расчетный период. Для каждого бессточ­ного озера это уравнение примет вид:

Х + Упр + Угр + К-Z= ΔV.

Из всех составляющих водного баланса непосредственно определяются осадки на зеркало, поверхностные приток и сток, испарение с площади зеркала. Остальные показатели включаются в невязку баланса.

Наиболее полная классификация озер по роли приходной и расходной частей водного баланса озер была разработана Б.Б. Богословским (рис. 4.1). При выделении подтипов озер атмосферные осадки на зеркало (Х) и приток с бассейна (Yпр) выражен в процентах от приходной части баланса, а испарение с зеркала (Z) и сток из озера (Yст) – от расходной части.

Рис 4.1. Схема классификации озер по водному балансу (по Б.Б. Богословскому)

Наиболее точно рассчитан водный баланс озера Нарочь, а также некоторых водохранилищ (табл. 13). Расчет производился по формуле

Σпрр=ΣА±Н,

где Σпр и Σр — соответственно суммы приходных и расходных составляющих; Н — невязка баланса (главным образом подземное питание).

Современное состояние гидрологической изученности водоемов позволило составить водный баланс для 4 водоемов. В основу расчета составляющих водного баланса были положены материалы наблюдений сети станций и постов Департамента гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды. Исходный материал был подвергнут анализу и там, где представлялось возможным, отсутствующие данные за отдельные месяцы были восполнены расчетным путем.

Главными компонентами водного баланса озер и водохранилищ являются: приток поверхностных вод с водосборной площади, осадки, выпадающие в жидком и твердом виде на зеркало водоема, поверхностный сток и испарение. Роль остальных слагаемых водного баланса значительно меньшая.

Водный баланс озер и водохранилищ составлен лишь по тем его компонентам, которые изучались. Такие составляющие водного баланса, как подземный приток или отток из водоема, односторонняя фильтрация из водохранилищ и подземная аккумуляция в грунтах, слагающих их берега и ложе, не учитывались. Все неучтенные компоненты отнесены к невязке баланса.

В связи с довольно устойчивым уровнем воды озер и очень небольшой сработкой водоемов в зимний период временные потери воды в осевшем на берегу ледяном покрове и поступление этой воды обратно в водоем за счет всплывшего льда при повышении уровня воды незначительны, а в отдельные годы совершенно отсутствуют. Поэтому в водном балансе водоемов эти слагаемые не нашли отражения.

Поступление воды с водосборной площади происходит через сеть постоянно и временно действующих водотоков, а также включает в себя склоновый сток с межустьевых пространств.

Общий приток со всего бассейна определялся суммированием расходов, учтенных на гидрометрических створах, и рассчитанного стока с неосвещенной измерениями части водосбора.

Наиболее освещен непосредственными измерениями сток с водосборной площади озера Нарочь. Совершенно отсутствуют гидрометрические измерения притока в водохранилище Лукомское (река Цитранка и впадающие ручьи), озеро Дривяты (реки Усвица, Дружнянка, Окуневка), озеро Нещердо (река Нещерда). Поэтому приводимые по нему данные являются расчетными.

Осадки, выпадающие на поверхность водоема в жидком и твердом виде, при воднобалансовых расчетах приняты как среднее арифметическое по показаниям береговых станций и постов (рис. 4.2.). В связи с тем, что дождемерными приборами, приемная поверхность которых расположена на некоторой высоте над поверхностью земли, не полностью учитываются выпадающие атмосферные осадки, в показания осадкомеров вводятся поправочные коэффициенты.

Оценка поверхностного стока дана по материалам его учета на вытекающих из водоемов реках. Из-за отсутствия гидрометрических данных по стоку из озера Дривяты (река Друйка) и озера Нещердо (река Атлайская и ручьи) его величина была получена по методу аналогии и по карте модулей стока. Постом-аналогом послужил для озера Дривяты река Прорва (с.Дрисвяты).

Рис. 4.2. График связи величины атмосферных осадков на водоем и его площади акватории

Испарение с поверхности водоемов определено путем расчета по наиболее распространенным формулам, основанным на данных гидрометеорологических наблюдений.

Расчет аккумуляционной составляющей баланса, характеризующей изменение водной массы озера, выполнен по кривым зависимости объема озера от среднего уровня воды на первое число каждого месяца.

Средний уровень водоемов определен как среднее арифметическое из показаний водомерных постов, расположенных на берегу водоемов.

Рис. 4.3. График зависимости величины испарения с зеркала озер от их площади

Анализ водного баланса показал, что соотношение между отдельными компонентами различно для водоемов. С увеличением проточности водоема, т. е. с уменьшением коэффициента удельной водообменности, определяющими в балансе становятся поверхностный приток и сток, а при больших значениях возрастает удельный вес испарения и осадков по сравнению с водосбором.

Осадки на зеркало водоемов по величине различаются незначительно, однако доля в питании водоемов неодинакова. Наибольшее значение осадки имеют для водоемов Нарочь и Лукомское - 59 и 58 % от приходной части (следует отметить, что коэффициент удельной водообменности равен 0,29 и 0,17 соответственно), несколько меньше доля осадков в балансе озера Нещердо – 48 % (коэффициент удельной водообменности 0,17), а на озере Дривяты, где коэффициент удельной водообменности равен 0,07, доля осадков составляет 20% от приходной части (рис.4.3.).

Доля притока в питании озере Дривяты равна 80 %, на водохранилище Лукомском и озере Нарочь 41-42 %, несколько выше на озере Нещердо – 52 %.

В расходной части водного баланса испарение главную роль играет для вдхр. Лукомское, вследствие теплового загрязнения водоема температура воды значительно выше по сравнению другими водоемами, соответственно испарение с водной поверхности очень высокое. На остальных водоемах значение испарения значительно меньше – Нарочь 43 %, Нещердо 23 % Дривяты 12 %.

Доля стока в балансе оз. Дривяты также велика и равна 80 %, оз. Нещердо 77 %, оз. Нарочь 5 2%. Сток из вдхр. Лукомское отсутствует (рис. 4.4.)

Рис. 4.4. Величина стока из озер Беларуси.

Водный баланс озера Лукомское. Основными источниками поступления воды в озеро служат небольшие речки, а также осадки на водную поверхность. По данным расчетов (1945-2002) на водную поверхность выпадает 60% атмосферных осадков от приходной части водного баланса, а за счет притока – 40%. Сооружение дамбы на реке Лукомка и повышение температуры воды в озере за счет теплового загрязнения изменило направление расходной части водного баланса в пользу величины испарения. Максимум испарения приходится на летние месяцы (июнь – сентябрь) (рис. 4.5.).

Озеро Дрывяты. Расчеты водного баланса проточных озер находящихся в естественном состоянии свидетельствует о существенной роли величины стока с водосбора и незначительной роли величины испарения с поверхности (рис. 4.6.). В приходной части водного баланса определяющую роль играет поверхностный приток по рр. Дружнянка, Окуневка, Усвица, протока Рака и впадающим ручьям составляет 78,8 % от приходной части или 89,39 млн м3. Осадки на водную поверхность составляют 21,2 % или 24,08 млн м3. Главным расходным компонентом в водном балансе является сток из озера, осуществляемом по р. Друйка и составляет 85,9% расходной части или 91,01 млн м3.

Рис. 4.5. График хода элементов водного баланса озера Лукомского. Условные обозначения: 1 – атмосферные осадки, 2 – приток с водосбора, 3 – испарение с водной поверхности, 4 – аккумуляция в озере.

Рис. 4.6. Динамика составляющих водного баланса озера Дрывяты за многолетний период (1957-2002 гг.).

Анализ структуры водного баланса озера Дривяты за многолетний период показал, изменения месячных объемов осадков в течение года отличаются незначительными колебаниями. Наибольшее количество осадков выпадает с мая по октябрь месяцы (1,92-2,8 млн м3), в остальные месяцы годовые объемы изменяются в пределах 1,4-1,9 млн м3. Испарение с водной поверхности озера также характеризуется плавным ходом от месяца к месяцу. Начиная с апреля, испарение с водной поверхности заметно увеличивается, по сравнению с зимними месяцами, и в апреле составляет 0,81 млн м3, постепенно увеличивается, достигая наибольших значений в июле (3,39 млн м3), а затем плавно уменьшаются к ноябрю (0,65 млн м3).

В практике расчетов водного баланса для определения величины испарения с водной поверхности рекомендуется использовать картосхему дополнительной величины испарения (мм) с поверхности искусственных водоемов (рис.4.7.).

Рис. 4.7. Нормы дополнительной величины испарения (мм) с поверхности прудов и водохранилищ Беларуси.

Таблица 4.1.

Водный баланс крупнейших озер Беларуси, %

Составляющие водного баланса

Оз. Нарочь

1945-2002 гг.

Озеро Дривяты

1970-1999 гг.

Лукомское

1975-2002

Оз. Нещердо

1972-2002 гг.

Приход

Осадки

58

20

59

48

Поверхностный

Приток

42

80

41

52

Расход

Испарение

43

12

90

20

Сток из озера

52

81

0

78

Невязка

баланса

5

7

10

2

Озеро Нарочь. Водный баланс самого крупного озера Беларуси рассчитан за многолетний период (1945-2002 гг.). По сравнению с другими озерами в водном балансе озера Нарочь большую роль играет его площадь, определяющая величину испарения с поверхности водоема и осадки на его зеркало (табл. 4.1.). Соотношение между отдельными компонентами водного баланса для исследованных водоемов различна. С увеличением проточности, т.е. коэффициента удельной водообменности, определяющими составляющими в балансе становятся поверхностный приток и сток из озер, а при больших значениях площади возрастает удельный вес испарения и осадков. В расходной части баланса с увеличением коэффициента удельной водообменности, увеличивается значение величины испарения.

Данные наблюдений за уровнем грунтовых вод по наблюдательным скважинам указывают на наличие подземного потока с уклоном в сторону озера Нарочь. Многочисленные выходы ключей по его берегам свидетельтсвуют о значительном питании озера подземными водами. На наличие подземного питания указывает систематическая односторонняя невязка баланса, которая для всех месяцев расчетного периода имеет отрицательный знак. Годовая величина ее колеблется в небольших пределах, составляя в среднем 5% от уравненного баланса. Поэтому не смотря на погрешности расчетов невязка баланса включает в себя и неучтенный приток подземных вод.