Морфология и морфометрия озер кратко
Обновлено: 07.07.2024
Объем озера - объем воды, содержащейся в озере.
Площадь озера Sоз - площадь его поверхности вместе с островами.
Площадь водного зеркала - площадь водной поверхности озера (акватории).
Длина озера Lоз - кратчайшее расстояние по водной поверхности между наиболее удаленными точками береговой линии.
Максимальная ширина озера - наибольшее расстояние между противоположными берегами по перпендикуляру к линии измерения длины озера. Средняя ширина озера Вср = Sоз / Lоз .
Максимальная глубина озера - наибольшая из измеренных глубин. Средняя глубина .
Водосбор озера F03 - часть земной поверхности и толщи грунта, откуда озеро получает питание.
Береговая область озера включает следующие элементы.
Береговой (абразионный) уступ - крутой или обрывистый склон, сформировавшийся в результате разрушительного воздействия волн (абразии).
Береговая отмель (литораль) - мелководная часть озера, сложенная в основном продуктами разрушения берега.
Подводный откос - относительно крутой склон дна от края литорали к глубоководной части озера. Распространение высшей водной растительности, как правило, ограничено литоралью.
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.
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.
· 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.
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
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,
- 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.
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.
Р ис. 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 характеристикам озера 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.
Важной характеристикой озер является его географическое положение (широта, долгота), высота уреза воды под уровнем моря и отметка дна наибольшей глубины. Если последняя ниже уровня моря, нужно указывать величину криптодепрессии.
Морфометрия озер является частью геоморфологии озер и рассматривается как раздел озероведения для количественной характеристики форм и размеров котловины и объема занимающих их вод. Морфометрические показатели имеют первостепенное значение для лимнологических и гидробиологических исследований.
Основные морфометрические показатели для озер и их частей и способы их определения приведены в работе Г.Ю. Верещагина (1930), но в лимнологических и гидробиологических исследованиях чаще всего используют не более 10-30 параметров. Основные морфометрические параметры озер и способы их определения даны в таблице.
Географическое положение и морфометрические показатели озер ![Географическое положение и морфометрические показатели]()
Показатель емкости, или показатель формы озерной части в зависимости от величины будет изменяться от 1 (цилиндр), 0,76 (полуцилиндр), 0,50 (параболоид) до 0,33 (конус) и менее. Гидробиологи почти не пользуются определением площади дна озера, принимая площадь дна озера равной площади зеркала озера, но очень часто, когда дно неровное, много островов, она значительно больше. Так, в озере Исландии Thingvallavatn площадь дна озера больше зеркала озера на 32%.
Читайте также: