Термический и ледовый режим озер

Водоемы в зависимости от размера оказывают большее или меньшее влияние на термический режим прибрежных районов. Влияние это неоднозначно в зависимости от сезона, времени суток и погодных условий [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 4. ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ ОЗЕР

 

Озера по характеру ледового режима в зависимости от климатических условий подразделяются на четыре группы: не имеющие ледовых явлений, с неустойчивым ледоставом, с устойчивым ледоставом зимой, с ледоставом в течении всего года.

У озер третьей группы, так же как и у аналогичных рек, выделяют три характерных периода ледового режима: замерзания (осенних ледовых явлений), ледостава, вскрытия (весенних ледовых явлений).

Ледовые явления начинаются после того, как температура поверхностного слоя достигнет точки замерзания (0 °С для пресноводных озер, точка h на рис. 4.1). Этот момент, в свою очередь, наступает несколько позже перехода средней суточной температуры воздуха через 0 °С (точка g). Ледостав устанавливается позже начала ледовых явлений (точка і).

В той же последовательности наступают характерные моменты ледового режима в весенний период: сначала средняя суточная температура воздуха переходит через 0 °С (точка е), затем начинает повышаться температура воды в полыньях (некоторые участки реки могут в течение долгого времени, иногда в течение всей зимы, не замерзать) и закраинах (точка а) и, наконец, с некоторым запозданием озеро освобождается от льда (точка f).

Рис. 4.1 Схема внутригодовых изменений температуры воздуха (1) и температуры воды в поверхностном (2) и придонном (3) слоях глубокого пресноводного озера в умеренных широтах Северного полушария; 4 — ледостав; периоды: А — весеннего нагревания, Б — летнего нагревания, В — осеннего охлаждения, Г— предзимнего и зимнего охлаждения [4]

Нарастание льда в период ледостава происходит быстрее, чем суровее зима и меньше слой снега на льду. Для расчета нарастания толщины льда применяют формулы типа формул Быдина (4) — (5).

hл = 2

                                 (4)

hл = 11

                                (5)                   

Озерный лед обычно имеет слоистое строение. Непосредственно на поверхности воды лежит прозрачный водный кристаллический лед, на котором в случае выхода воды по трещинам образуется малопрозрачный водно-снеговой лед (наслуз) из пропитанного водой снега. При подтаивании и последующем смерзании лежащего на льду снега формируется снеговой лед.

Толщина льда на озерах северо-запада Европейской части России достигает 50 — 60 см, на озерах севера Сибири — 2 — 3 м.

Таяние и разрушение льда на озерах происходит под воздействием солнечной радиации, теплообмена льда с атмосферой и с нагревающейся водой самого озера, теплоты, поступающей с талыми снеговыми, дождевыми и речными водами. В ряде случаев заметное влияние оказывают и механические факторы — течения, волнение, ветер. Чаще всего лед на озерах тает на месте, причем лед стаивает как с верхней, так и с нижней своей поверхности. Раньше всего лед тает вблизи берегов, уже освободившихся от снежного покрова и поэтому быстрее нагревающихся. Участки чистой воды у берегов, так же как и на реках, называют закраинами. Часть льда может быть вынесена из озера вытекающей из него рекой. Поскольку лед сходит на озерах позже, чем на реках, на вытекающей из озера реке могут наблюдаться два ледохода: «речной» и «озерный». Так, на Неве появление «ладожского льда» уже после очищения от «невского льда» — явление довольно обычное.

К первичным ледовым образованиям, как и на реках, относятся: сало (плывущие куски ледяной пленки, состоящей из кристалликов льда в виде тонких игл), забереги (узкие полоски неподвижного тонкого льда) и отдельные льдины. На крупных озерах эти ледяные образования называют припаем. Образованию заберегов и припая препятствует волнение [8].

На водоемах тропической и субтропической зон, где температура воздуха всегда положительна, ледяной покров, как и снежный, не образуется вообще. В более высоких широтах, где невысока повторяемость отрицательных температур, ледяной покров неустойчив или образуется не каждый год. В отдельные годы глубоководные водоемы, даже расположенные в умеренной зоне, могут замерзать не полностью. Например, Ладожское озеро, его центральная часть, один раз в 5 лет не покрывается льдом. Средние даты замерзания озер глубиной 2—3 м, расположенных на Северо-Западе России, приходятся на последнюю пентаду октября, в то время как озера глубиной 20 — 22 м покрываются льдом в конце второй декады ноября. Интенсивность нарастания льда dh за время dτ зависит от соотношения тепловых потоков через лед в атмосферу Θл и из воды к нижней поверхности ледяного покрова Θв:

                                   (6)

где L — удельная теплота ледообразования; рл — плотность льда.

При Θв > ΘЛ лед нарастает, при Θв < Θл лед тает.

Большую роль в нарастании и таянии льда играет снежный покров на льду, который заметно замедляет этот процесс.

Толщина ледяного покрова приблизительно может быть установлена по ее зависимости от суммы отрицательных температур воздуха:

 

hл = a (

_ )n,                              (7)

 

где а и n — эмпирические параметры, зависящие от особенностей водоемов и устанавливаемые опытным путем.

Толщина ледяного покрова на водоемах полярных областей может достигать 2 — 3 м, в зоне умеренного климата — не превышает 0,5 — 1 м и зависит от размеров озер и водохранилищ. На соляных озерах образуется своеобразный ледяной покров, представляющий собой неплотную ледяную массу [6].

Таяние льда начинается при переходе теплового баланса через 0 в сторону положительных значений, т. е. вскрытие льда происходит в первую очередь под влиянием тепловых факторов. Однако заметную роль играют и динамические факторы, разрушающие теряющий прочность ледяной покров, а также размеры водоема. В процессе таяния льда вначале появляются закраины, затем формируется весенний ледоход. Отдельные льдины, как правило, тают на месте, и лишь небольшое их количество сбрасывается по вытекающим рекам. Однако количество сбрасываемого льда зависит от интенсивности водообмена — чем он меньше, тем большее количество льда остается в водоеме. Например, из Ладожского озера в Неву попадает не более 5 — 10 % тающего льда. Таким образом, сроки наступления ледостава на озере или водохранилище, его продолжительность также определяются климатическими условиями и размерами водоема. Таяние льда можно также оценить с помощью формулы, аналогичной (7), но в качестве аргумента принять сумму положительных температур воздуха.

Сроки появления и исчезновения льда на крупных долинных водохранилищах иные, особенно на водохранилищах, расположенных в каскаде, где благодаря попускам продолжительность периода замерзания увеличивается на 30 и более суток; так же меняются и сроки вскрытия. Так, продолжительность периода вскрытия и очищения ото льда российских водохранилищ составляет: Братского — 40 сут, Новосибирского — 30, Рыбинского — 26 сут, т. е. значительно меньше, чем крупных озер. Толщина льда на водохранилищах в среднем на 10—15 % больше, чем на реках, на которых эти водоемы созданы, и период с ледовыми явлениями более продолжителен. При зимней сработке водохранилища часть льда оседает на берегах. На Камском водохранилище объем такого льда составляет 400 млн.м3. Этот лед тает и служит дополнительным источником поступления воды в водоем весной [3].

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        Мир озер чрезвычайно разнообразен. Встречаются озера – моря и озера – лужи. Глубина озер колеблется буквально от десятков сантиметров до полутора километров и больше. В одних озерах вода по содержанию минеральных веществ почти приближается к дистиллированной, в других на столько насыщена солями, что они выпадают на дно в виде осадка. Встречаются даже настоящие кислотные озера. Есть озера, скованные льдом, на протяжении сотен лет, и, наоборот, озера с горячей водой. Одни озера очень богаты организмами, другие представляют собой “водные пустыни”. А какие только полезные ископаемые не встречаются в озерах! Бесценные минерал жизни – вода! Кристально чистая, пресная и минерализованная, исцеляющая человечество от множества недугов. Сода, поваренная и калийная соли, гипс, сера, газ, железная руда, известь и многое другое содержится в воде и на дне озер. Но и это еще не все. Озера – это источник электроэнергии, водные пути, здравницы, туристические объекты [2].

В ходе данной курсовой работы были выполнены все поставленные задачи, а именно: изучен тепловой баланс водоемов, а также основные составляющие теплового баланса; рассмотрен термический режим озер и основные термические классификации озер; охарактеризовано влияние озер на климат и  изучен ледовый режим озер.

Анализируя все выше написанное, можно сделать вывод, что одной из важных характеристик состояния и режима водного объекта является температура воды, которая определяет тепловое состояние и термический режим водных объектов.

Термический режим озер – это закономерные повторяющиеся изменения теплового состояния водотоков. Изучение теплового состояния и термического режима имеет большое значение для решения ряда научных и практических задач.

Процесс изменения температуры воды в озере связан с изменением интенсивности солнечной радиации и составляющих теплового баланса. Кроме того, на температуру поверхности воды и ее распределение по вертикали и акватории озера большое влияние оказывают глубина, площадь зеркала и наличие островов. 

Также не мало важной характеристикой состояния и режима водного объекта являются и ледовые явления, которые начинаются после того, как температура поверхностного слоя достигает 0оС.

Ледовый режим озер – это совокупность закономерно повторяющихся процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований на водных объектах. Изучение ледового состояния и ледового режима озер имеет также большое значение для решения ряда научных и практических задач.

Кроме  двух основные вопросов, термический и ледовый режим озер, в данной курсовой работе также был рассмотрен вопрос и о влиянии озер на климат.

Озера в различной степени оказывают влияние на климат прилегающих к ним районов. Это влияние определяется размером водной поверхности озера и объемом его водной массы. Испарение с водной поверхности в первую очередь влияет на влажность воздуха приозерного района. Обладая большой тепловой инерцией, крупные, незамерзающие водоемы смягчают климат прибрежных районов. В холодную половину года здесь наблюдается более высокая температура, чем вдали от озера, в теплую, наоборот, — более низкая. Воздействие озер на климат прилегающих к ним территорий затухает сравнительно быстро по мере удаления от береговой полосы в глубь континента [6].

Таким образом, каждое озеро представляет собой развивающуюся природную систему. Оно как человек - у него своя юность, старость и гибель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Богословский, Б.В. Общая гидрология (гидрология суши) / Б.В. Богословский, А.А. Самохин и др. - Гидрометеоиздательство, 1984. С. 38 – 128.
2. Быдин, Ф.И. Развитие некоторых вопросов в области ледового режима водоемов / Ф.И. Быдин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. Т.3. С. 246–253.
3. Давыдов, Л.К. Общая гидрология / Л.К. Давыдов, А.П. Дмитриев, Н.Г. Конкина. - Л.: Гидрометеоиздательство, 1973.  - 462 с.
4. Догановский, А.М. Гидросфера Земли: учебное пособие. / А.М. Догановский, В.Н. Малинин Под ред. проф. Л.Н. Карлина. – СПб.: Гидрометеоиздательство, 2004.  - 630 с.
5. Китаев, С.П. Термические классификации озер мира / С.П. Китаев. - Водные ресурсы. - Т .1. - 1978. - С. 97 – 103.
6. Козлов, Д.В. Лед пресноводных водоемов и водотоков / Д.В. Козлов. - М.: Изд-во МГУП, 2000. 263 с.
7. Лесненко, В.К. “Мир озер” / В.К. Лесненко. - Москва, 1989г.
8. Михайлов, В.Н. Общая гидрология / В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский, С.А. Добролюбов. – 3-е изд., стереотипное. -  Москва. 2008. – 462 с.
9. Соломенцев, Н.А. Гидрология суши / Н.А.  Соломенцев, А.М. Львов и др. - Л: 1961. С. 193 – 363.
10. Чеботарев, А.И. Общая гидрология / А.И. Чеботарев. - Л: Гидрометеоиздательство, 1975. - 544 с.
11. Шикломанов, И.А. Исследование водных ресурсов суши: итоги, проблемы, перспективы / И.А. Шикломанов. - Л: 1988.