6.10. Перамешванне водных мас азёр

З рознымі відамі руху вады у вадаёмах (хваляваннем, цячэннямі, сейшамі) звязана перамешванне – двухбаковы перанос (канвекцыя) мас вады з аднаго слоя ў другі. Разам з аб’ёмамі вады перамяшчаюцца раствораныя і завіслыя рэчывы, хімічныя элемепнты, газы, запасы цяпла. Перамешванне водных мас прыводзіць да раўнамернага размеркавання фізіка-хімічных і біялагічных характарыстык у ахопленых абменам слаях вады. Асноўную ролю ў рэжыму вадаёмаў выконвае турбулентнае перамешванне - свабодная і вымушаная канвекцыя. Малекулярны абмен у выніку малых значэнняў малекулярнай дыфузіі, цеплаправоднасці і трэння, значна не ўплывае на рэжым азёр. Інтенсіўнасць перамешвання звязана як з магутнасцю дзейнічаючых фактараў, так і ўстойлівасцю воднай масы, якая характэрызуецца вертыкальным градыентам шчыльнасці вады. В.Шмідтам (1915) было паказана, што устойлівасць воднай масы прэснага возера () роўна колькасці работы, неабходнай для перавода сістэмы паслойнага размеркавання шчыльнасці (і тэмператур) у другую сістэму з аднолькавай шчыльнасцю (тэмпературай) па ўсяму возеру. Узнікненне свабоднай канвекцыі магчыма ў азёрах толькі прыняуўстойлівай тэмпературнай стратыфікацыі – вясной пры награванні вады да 4^о С і восенню пры ахалоджванні да 4^о С. У гэтыя сезоны свабодная канвекцыя настолькі вялікая, што турбулентнае перамешванне можна і не ўлічваць. Пры стратыфікацыі асноўную ролю выконвае турбулентнае перамешванне. Ветравое турбулентнае пермешванне адбываецца як ў выніку дзеяння хваляў, так і дзеяння дрэйфавых цячэнняў. За ніжнюю мяжу пранікнення хвалявага перамешвання прыймаецца глыбіня Н_х = λ /2. Глыбіня, на якую пранікае дрэйфавае цячэнне (Н_ц) , ці глыбіня трэння па Экману, у многа разоў больш Н_х і дрэйфавае перамешванне выконвае ў глыбокіх вадаёмах істотную ролю. Для глыбокіх вадаёмаў (Н > λ /2) каэфіцыент хвалявага перамешвання (А_х) можна вызначыць па формуле С.У.Дабраклонскага:

А_х = Р ρ (h² / τ),

дзе h – вышыня хваляў, τ – перыяд хвалі, Р = 4,4 *10^-3. Для вызначэння каэфіцыента перамешвання (А_ц), вызванага цячэннямі, прыймаецца формула:

А_ц = γ / (4 ρК) U_а Н,

дзе U_а – хуткасць ветру, м/с, Н – глыбіня вадаёма, м, К – ветравы каэфіцыент, ρ – шчыльнасць вады, г/м³, γ – пастаянная велічыня, роўная 10^-3 – 3,25 * 10^-6, кг/м³. Каэфіцыент А улічваецца для разліку масы вады. Пры разліках на аб’ёмы выкарыстоўваецца каэфіцыент тэмператураправоднасці К = А/ ρ, см²/с.

Перамяшчэнне заключаных у вадзе завіслых часцінак, раствораных рэчываў, цяпла пры вертыкальным перамешванні вызначаецца залежнасцю:

S = -A (ds/dz),

дзе S – колькасць дадзенага элемента, які праходзіць у адзінку часу праз адзінку гарызантальнай плошчы, абмежаванай ізабатай на глыбіні z, ds/dz – вертыкальны градыент гэтага элемента.

6.11. Гідрахімічныя асаблівасці

Мінералізацыя і хімічны склад вады азёр фарміруецца і змяняецца ў выніку ўздзеяння прыродных і антрапагенныхфактараў. Роля антрапагенных фактараў узрастае па меры гаспадарчага выкарыстання тэрыторыі вадазбораў. Для азёрных вод характэрны занальныя адрозненні складу і канцэнтрацыі раствораных рэчываў па тэрыторыі і значныя ваганні па часу. Дзякуючы запаволенаму вадаабмену, на фоне геаграфічнай занальнасці ў хімізму вады азёр значна адлюстроўваецца ўплыў азанальных фактараў (геалагічнай будовы, рэльефа, марфалогіі катлавін), якія прыводзяць да неаднароднсці вод унутры кожнага раёна і ў кожным вадаёме. Геаграфічная занальнасць праяўляецца ў павялічэнні мінералізацыі і змене хімічнага складу пры пераходзе ад лішкавага і дастатковага ўвільгатнення тэрыторыі да засушлівага. Мінералізацыя вады буйных азёр лясной зоны не перавышае некалькіх дзесяткаў мг/л (Анежскае 30, Целецкае каля 70 мг/л). У саляных азёрах арыдных раёнаў яна перавышае 200-300 г/кг (Эльтон – 256 г/кг).

Салявы баланс возера. Хімічныя асаблівасці вады разглядаліся ў раздзеле хімічных і фізічных уласцівасцей вады. Таму характэрыстыка асноўных пяці груп у дадзеным раздзеле не разглядаюцца. Але ніжэй прыводзіцца характэрыстыка салявога балансу возера:

S_к = S_н + S_пр + S_гр + S_а - S_сц - S_гр - S_в - S_ос ,

дзе S_к і S_н - колькасць соляў у вадаёме ў канцы і пачатку разліковага перыяду; паступленне соляў у возера за разліковы перыяд: S_пр – з паверхневым прытокам, S_гр – з грунтовымі водамі, S_а – з атмасфернымі ападкамі і ветрам; расход соляў з возера за разліковы перыяд: S_сц і S_гр – з паверхневым і падземным сцёкам, S_в - з ветравым вынасам, S_ос – на ўтварэнне донных адкладаў.

Салявы баланс цесна звязаны з водным балансам. У салявым балансу прэсных азёр асноўную ролю выконвае паступленне соляў з паверхневым сцёкам і іх вынас выцякаючымірэкамі і ручаямі. Так, у Ладажскім возеры S_пр складае 96 % прыхода соляў, а S_сц амаль усе 100 %. У прыходнай частцы салявога балансу мінеральных азёр падземныя воды выконваюць значную ролю, у расходнай галоўныя кампаненты – садка салей у самім вадаёме і прыбярэжных залівах (“сорах”). Так, у возеры Балхаш да будаўніцтва Капчагайскага вадасховішча S_пр даваў 71 %, S_гр - 24 % прыходнай часткі баланса, а садка карбанатаў у возеры – 55 % страт, у сорах – 36 %. Мінералізацыя вады азёр увільгатнённай зоны знаходзіцца ў адваротнай залежнасці ад вадаабмену, таму што пры малым вадаабмене ў возеры затрымліваюцца воды паўнаводдзя, што зніжае сярэднюю мінералізацыю вады. Са змяненнем велічыні мінералізацыі вады адбываецца змяненне іх салявога складу – метамарфізацыя. Метамарфізацыя звязана з садкай соляў па меры канцэнтрацыі раствораў, у паслядоўнасці, якая вызначаецца як іх растваральнасцю, так і шэрагам іншых фактараў звязаных з фізіка-хімічнай раўнавагай.