9.3. Изменение микроклимата побережий и акваторий

С созданием водохранилищ в зоне их влияния возникают новые микроклиматические условия, которые проявляются, в первую очередь, в изменении радиационного баланса, температуры и влажности воздуха, ветрового режима и осадков. Характер этих изменений зависит как от размеров водохранилищ, так и от особенностей окружающей природы. Степень влияния водоемов на прилегающую сушу уменьшается по мере сокращения их размеров и объемов, и в то же время соответственно возрастает обратное влияние суши на водоем. Часто суммарное влияние нескольких малых водохранилищ на прилегающую сушу настолько велико, что становится сопоставимым с влиянием одного крупного водохранилища и нередко приводит к снижению степени засушливости прилегающей территории.

Все микроклиматические измерения имеют место только в безледоставное время года. Оно делится на два основных периода: один — с преобладанием охлаждающего, другой — отепляющего влияния на сушу. Как правило, время охлаждающего влияния более продолжительно. Так, в условиях Белоруссии оно длится около 3 мес. Период отепляющего влияния короче и менее выражен. Проведенные микроклиматические съемки в разные периоды года на ряде водохранилищ Беларуси (Рачунское, Саковщинское и др.), а также на водохранилищах неэнергетического назначения (Волковичское, Вилейское, Любанское) показали, что зона прямого влияния их на сушу в охлаждающий период составляет 250 – 300 м, а в отепляющий — 25 – 50 м. С увеличением площади водоема до 60 – 70 км² и объема до 250 млн. м³ зона прямого влияния возрастает до 600 – 1500 м в охлаждающий и до 100 – 250 м в отепляющий периоды. Разница в суммах положительных температур в зоне постоянного влияния и вне ее достигает 300 °С. Сумма осадков над водоемами в этом случае может уменьшиться на 8 – 10 %, число ясных дней несколько увеличивается.

Ширина зоны изменений микроклимата по периметру неодинакова и трансформируется в зависимости от характера природы побережий. На открытых участках (пашня, луг) она увеличивается в 1,5 – 2 раза. Аналогичный эффект наблюдается в пределах населенных пунктов, что весьма важно для формирования их микроклимата. На сильно облесенных участках побережий зона влияния имеет минимальную ширину.

На размеры формирующейся зоны микроклиматических изменений существенное влияние оказывает направление преобладающих ветров. Как правило, на европейской части территории СНГ наблюдается преобладание ветров западных направлений, что связано с западным переносом атлантического воздуха умеренных широт и циклонической деятельностью на полярном и арктическом фронтах. В связи с этим зона изменений на восточном побережье водохранилищ шире, чем на западном. Конфигурация зоны усложняется рельефом прилегающей территории, направлением длинной оси водохранилища, извилистостью береговой линии. Отмеченные особенности должны учитываться при разработке схем застройки побережий рекреационными учреждениями, создании зон отдыха трудящихся.

Одной из особенностей малых водохранилищ ГЭС является изменение под их влиянием характера ветровой деятельности в пределах акватории, что приобретает существенное значение при расчетах прогнозов волнения, испарения, переработки берегов и т.д.

Рис. 9.6. График связи скоростей ветра на высоте 2 м от поверхности земли на береговой станции (водпост) и над водной поверхностью водохранилища: 1 - для ветров, направленных вдоль длинной оси водохранилищ; 2 —тоже перпендикулярно длинной оси водохранилища

Наблюдения за ветром в пределах акваторий водохранилищ свиде­тельствуют о его трансформации над водным зеркалом, которая, в первую очередь, заключается в изменении направления ветра. Наблюдения показывают также, что вытянутость водохранилищ с запада на восток способствует более равномерному распределению ветра в секторе ЮЗ-3-СЗ, совпадающем с длинной его осью, и уменьшению числа случаев с ветром восточного и южного направлений (рис. 9.6).

За счет изменения подстилающей поверхности, над которой циркулируют ветры, изменяется их скорость. Увеличение скорости ветра происходит за счет уменьшения сопротивления подстилающей поверхности, а также вследствие различий в термической стратификации слоев воздуха над сушей и водоемом и возникновения дополнительного барического градиента. На скорость и направление ветра накладывает отпечаток и ориентация долины реки в пределах ее затопления, а также облесенность берегов водохранилища.

Рис. 9.7. График связи переходного коэффициента K_w со скоростью ветра w на ближайшей материковой метеостанции

Линейное приближение между измеренными скоростями ветра на высоте 2,0 м над поверхностью водоема и данными метеостанции опи­сью ается выражением

w_2,0 = 0,73 w₁₀ + 1,28,

где w_2,0 — скорость ветра на высоте 2 м над водной поверхностью; w₁₀ — скорость ветра по данным материковой станции. Выражение справедливо для ветров со скоростью до 5 м/с, причем наиболее существенные изменения претерпевают ветры со скоростью до 3 м/с. В то же время более чем на 30 % уменьшается количество штилей над водоемом. Для определения переходного коэффициента при пересчете скорости ветра по данным береговой метеостанции к его скорости над водной поверхностью близлежащего водоема (2 м над уровнем) предлагается график, полученный по данным экспериментальных наблюдений (рис. 9.7). Оказалось, что при скорости ветра 10 м/с на высоте флюгера метеостанции над поверхностью водохранилища создаются аналогичные скорости ветра.

При необходимости определения скорости ветра с вероятностью р, %, можно воспользоваться формулой при повторяемости более 2 р в 100 лет (р>2 %):

w_фр = 22(lgp)^-0,235,

где w_фр — мгновенная скорость ветра по флюгеру обеспеченностью р, %, средняя для территории водосбора, м/с; р — обеспеченность, %.

Рис 9.8. Изменение направлений ветра после создания водохранилища:

а - по данным метеостанции; б - по натурным данным на берегу водохранилища; СВ, С, З и др. направления ветра; 5, 8 – число наблюденных штилей

Анализ наблюдений за ветром в условиях ветровой тени на урезе и в открытой части водоема позволил установить некоторые особенности трансформации направлений воздушного потока (рис. 9.8). Установлен­ная зависимость свидетельствует, что на ветры западных и восточных направлений, совпадающих с длинной осью водохранилищ, береговые леса практически воздействия не оказывают. Существенные изменения в прибрежной части испытывают ветры направлений перпендикулярно оси водохранилищ. Чем меньше водоем, тем больше сказывается влияние направления ветров, ориентация котловин и облесенность их побережий. Установлено, что для малых водоемов укрытость зеркала оказывает большее влияние на работу ветра, чем асимметрией водоема.

Суточные наблюдения за изменением скорости ветра над водной по­верхностью при различной длине разгона воздушного потока показывает, что увеличение скорости ветра наблюдается при длине разгона волны 3 – 4 км (табл. 9.2). При увеличении длины разгона волн до 6 км скорость ветра падает до первоначального значения. Увеличение скорости ветра до 5 м/с и более увеличивает длину трансформации воздушного потока. Приведенные данные свидетельствуют о неустановившемся режиме ветра в акватории малых водохранилищ.

Таблица 9.2

Осредненные коэффициенты трансформации скорости ветра над водной поверхностью (2 м над НПУ)

Результаты экспериментальных исследований подтверждают, что с уменьшением площади водоемов усиливается влияние локальных факторов на характер ветровой деятельности над водной акваторией.