Гідрологія озер та водосховищ
ГІДРОЛОГІЯ ОЗЕР ТА ВОДОСХОВИЩ
Походження і типи озер. Фізичні властивості і хімічний склад озерних вод. Морфологія і морфометрія озер. Водний режим, водний баланс, коливання рівня води. Динамічні явища в озерах, течії та хвилювання, сейші. Тепловий і льодовий режим. Біологічні процеси в озерах. Наноси та донні відклади. Водні маси. Призначення водосховищ та їх типи. Основні характеристики. Режим рівнів, водний баланс водосховищ. Вплив водосховищ на стік річок і природне середовище.
1. Походження і типи озер
Озерами називаються заповнені водою улоговини або западини земної поверхні, що не мають безпосереднього сполучення з морем (океаном) і відрізняються уповільненим водообміном.
У розвитку озера можна виділити три фази:
а) озеро зберігає свою улоговину майже незмінною, існуючі відклади ще не мають помітного впливу на його ложе;
б) утворюється берегова відмілина, з’являються дельти в місцях впадіння річок, розвивається водна рослинність;
в) нерівності улоговини згладжені відкладами наносів, за рахунок продуктів руйнування берегів і підкосів дельт розширюється берегова відмілина, зменшується глибина, рослинність поширюється майже по всій поверхні озера.
У подальшому озеро перетворюється у мілку водойму з розповсюдженим розвитком рослинності, яка з підводної частини переходить у надводну і перетворює озеро в болото.
За походженням озера можуть бути: загатними, улоговинними та змішаними.
Загатні озера утворюються внаслідок перекриття долини річки обвалом, наносами, уламковим матеріалом льодовика, що відступає.
Улоговинні озера в залежності від умов і причин утворення улоговини можуть бути тектонічними, вулканічними, дефляційними, льодовиковими, карстовими та термокарстовими.
У тектонічних озер улоговини утворились в результаті тектонічних процесів (різких змін у земній корі), наприклад, при землетрусах. Тектонічні озера бувають дуже глибокими (Байкал, Севан, Іссик-Куль та ін.).
Вулканічні озера з’являються під дією вулканічних сил, наприклад, Курильське озеро, Кроноцьке та ін.
Дефляційні озера утворюються в результаті видування гірських порід вітром і в пониженнях між барханами та дюнами. Їхні улоговини звичайно неглибокі.
Льодовикові озера являються результатом дії льодовиків, що покривали колись величезні площі на континентах. Прикладом таких озер може бути Силтран (рис. 1) на Північному Кавказі.
Рис. 1. Озеро Силтран. Балкарія. Північний Кавказ. Експедиція ХНУ ім. В.Н. Каразіна.
Карстові озера - це результат хімічної діяльності підземних і поверхневих вод. Ці озера зустрічаються в басейнах р. Північної Двіни, Ками, на Волзько-Онезькому вододілі та ін.
Термокарстові озера виникають в результаті заповнення водою заглиблень на поверхні землі, що утворюються в районах вічної мерзлоти в результаті танення підземних пластів або лінз льоду. Такі озера поширені на території Якутії.
Змішані озера утворюються від спільного впливу різних причин. Наприклад, озерна улоговина тектонічного походження піддавалась дії льодовиків, що вплинули на її формування (Ладозьке та Онезьке озера). Улоговина озера загатного типу може бути підготовлена процесами вивітрювання, діяльністю поверхневих і підземних вод.
2. Водний режим, фізичні властивості і хімічний склад озерних вод
Озера діляться на дві категорії: стічні та безстічні.
Стічні озера характеризуються тим, що поверхневі та підземні води, що надходять до них, витрачаються на живлення річок, що з них витікають, а також на випаровування та фільтрацію. Стічні озера можуть мати стік на протязі року або лише в період найбільшого притоку (тимчасові стічні озера).
В окремих випадках, коли одна із стікаючих в озеро річок по водності того ж порядку, що й річка, що витікає з нього, озеро називається проточним. Річки, що витікають з озер, мають менші амплітуди коливань рівнів і витрат. Озера служать природним регулятором режиму річок, що з них витікають.
Безстічні озера витрачають води, що в них поступають, на випаровування і на просочування в ґрунт.
По складу води озер поділяються на прісні та солоні, або мінеральні. Стічні озера, як правило, бувають прісними. В безстічних озерах відбувається випаровування чистої води, а солі залишаються в них. Тому вода в безстічному озері безперервно мінералізується (засолюється), і тим швидше, чим більша концентрація солей у стікаючих в озеро водах.
3. Морфологія і морфометрія озер
В Україні є близько 20 тис. озер, з них більше 7 тис. мають площу понад 0,1 км2. В цих озерах акумулюються понад 11 км3 води, з якої 2,5 км3 - це прісна вода.
Таблиця
Найважливіші озера і закриті лимани України
Озера і лимани | Місцеположення | Площа, км2 | Довжина, км | Ширина, км
Свитязь | Басейн Зах. Бугу | 27,5 | 7,5 | 2,0-4,0
Пулемецьке | Басейн Зах. Бугу | 16,0 | 16,0 | 2,0-3,0
Турське | Басейн Прип'яті | 13,5 | 5,0 | 1,0-3,0
Кагул | Плавні Дунаю | 92-103 | 15,5 | 6,0-8,0
Ялпуг | - " - | 22,0 | 12.0 | 2,0-7.0
Катлабух | - " - | 63.0 | 45.0 | 0,8-6,0
Китай | - " - | 55,0 | 20,0 | 0.8-3,0
Кучурганський | - " - | 20,0 | 25,0 | 0,5-3,0
Сасик (Кундук) | Узбережжя Чорного моря | 21,0 | 14,0 | 3-12
Шагани | - " - | 70,0 | 29.0 | 8.0
Алібей | - " - | 72,0 | 9.0 | 3 – 10
Бурнас | - " - | 20,0 | 10.0 | 2,0-3.5
Будацький | - " - | 29.0 | 7,0 | 1.5-2.5
Дністровський | - " - | 36,0 | 12,0 | 4-12
Хаджибейський | - " - | 70,0 | 40,0 | 0,5-2,5
Куяльницький | - " - | 56 – 61 | 31,0 | 0,5-2,5
Молочний | Узбережжя Азовського моря | 165,0 | 35,0 | 3,5-7,0
Донузлав | Кримський п-ов | 47,0 | 30,0 | 1.0-4,0
Сасик | - " - | 75,0 | 18,0 | 3.0-7,0
У зв'язку з комплексним використанням водних ресурсів на багатьох річках створено штучні водойми - водосховища, а також ставки. Всього в Україні створено біля 900 водосховищ. Ставків налічується понад 24 тисячі.
Таблиця
Основні водосховища України
Водосховище | Річкова система | Площа водного дзеркала, км2 | Об'єм водосховища, км3
Корисний | Повний
Київське | Дніпро | 922 | 1,20 | 3,73
Канівське | Дніпро | 675 | 0,30 | 2,62
Кременчуцьке | Дніпро | 2250 | 9,00 | 13,50
Дніпродзержинське | Дніпро | 567 | 0,30 | 2,45
Дніпровське | Дніпро | 410 | 0,86 | 3,30
Каховське | Дніпро | 2155 | 6,88 | 18,20
Дністровське | Дністер | 142 | 2,00 | 3,00
Печенізьке | Сів. Дінець | 86.2 | 0,34 | 0,38
Червонооскільське | Оскіл | 122 | 0.46 | 0,48
Червонопавлівське | Берека | 0,41
Ладиженське | Півд. Буг | 20,8 | 0.07 | 0,15
Старобешівське | Кальміус | 8,50 | 0,03 | 0,04
Карачунівське | Інгулець | 4,40 | 0,29 | 0,31
Сімферопольське | Салгир | 3,23 | 0.03 | 0.03
Партизанське | Альма | 2,25 | 0,03 | 0,03
Трав'янське | Харків | 0,585 | 0,008 | 0,016
Муромське | Муром | 0,041 | 0,005 | 0,011
В'ялівське | В'ялий | 0,017 | 0,0065 | 0,0068
4. Водний баланс, коливання рівня води в озерах
Водний баланс озера, тобто співвідношення притоку і витрат води, можна представити у вигляді:
упр. пов. + у’пр. підз. + k + х - (уст.пов. + у’ст.підз. + Е) = DН,
де упр. пов. + у’пр. підз. - поверхневий і підземний притік в озеро;
k - конденсація водяної пари над поверхнею озера;
х - опади на поверхню озера;
уст.пов. + у’ст.підз. - поверхневий і підземний стік із озера;
Е - випаровування з поверхні води;
DН - акумуляція води в озері.
Всі члени рівняння водного балансу у цій формулі виражені у вигляді шару води.
Можна написати рівняння водного балансу, виражаючи всі його елементи в об’ємах; тоді в правій частині рівняння буде записано приріст об’єму DV. Якщо записати прибуткову частину рівняння водного балансу через Vлр.(притік), а видаткову через Vв. (витік), рівняння буде мати вигляд:
Vлр -. Vв. = DV.
Це співвідношення показує, що притік води дорівнює відтоку при DV > 0 (рівень підвищується), притік в озеро більше видатку води Vлр >. Vв. Коли DV < 0 (рівень води знижується), притік води в озеро менше відтоку, тобто Vлр <. Vв.
Подібне рівняння водного балансу справедливо для стічних озер. У безстічних озерах стік з озера відсутній, вода в основному витрачається на випаровування.
5. Динамічні явища в озерах, течії та хвилювання, сейші
Вода в озерах може рухатись у вигляді течії, а також у вигляді хвиль. Течії можуть виникати під дією вітру (вітрові течії) або в результаті нерівномірного охолодження і нагрівання мас води. У проточних озерах можливі річкові течії, які утворюються внаслідок того, що в місці впадіння річки рівень води в озері підвищується, а в місці витоку - понижується. Так створюється похил водної поверхні, який спонукає до руху водні маси озера.
Коливальні рухи водних мас озера створюються вітровими хвилями й сейшами.
Вітрова хвиля характеризується наступними елементами (рис. 2):
вищою точкою (1), яка називається вершиною або гребенем хвилі, і нижчою (2) - підошвою. Відстань між двома послідовними гребенями або підошвами двох хвиль називається довжиною хвилі, відстань по вертикалі між гребенем і підошвою - висотою хвилі. Відношення висоти хвилі до її довжини характеризує крутизну хвилі. Проміжок часу, на протязі якого хвиля проходить шлях, рівний її довжині, називається періодом хвилі. Відстань, яку проходить будь-яка точка хвилі (наприклад, гребінь) за одиницю часу, називається швидкістю хвилі.
Рис. 2. Схема вітрової хвилі.
Для визначення висоти хвилі існує цілий ряд емпіричних формул, наприклад, формула В.Г. Андріянова:
hхв = 0,0208 uв5/4 D1/3,
де hхв - висота хвилі, м;
uв - швидкість вітру, м/с;
D - довжина розгону хвилі, км.
Сейші - це коливальні рухи всієї маси води в озері, які утворюються в результаті різкої зміни атмосферного тиску в різних частинах озера, а також при різких стрибках сили і напрямку вітру над озером, наприклад, при проходженні циклону. Поверхня озера при сейшах отримує нахил то в одну, то в іншу сторону. Нерухома вісь, навколо якої відбуваються коливання, називається вузлом. Сейші можуть бути одновузлові, двохвузлові і т. д. Найбільш поширені одновузлові сейші. Вивчати сейші необхідно для правильного встановлення середнього рівня води в озері.
Рис. 3. Одновузлові (а) та двохвузлові (б) сейші.
6. Тепловий і льодовий режим
Основне джерело надходження тепла в озеро - пряма сонячна радіація. Крім того, на нагрівання озерної води впливають: температура повітря над поверхнею води; тепловіддача берегів озера та озерної улоговини; теплота, що вивільнюється при утворенні льоду і конденсації водяної пари на поверхні озера; більш висока температура води впадаючих в озеро річок і підземного притоку.
Втрати тепла відбуваються при випромінюванні його в атмосферу. У значно меншій мірі на охолодження озера впливає втрата тепла на випаровування води і танення криги, при впадінні в озеро холодних приток і т. д.
Співвідношення кількості тепла, що отримує і віддає озеро, називається тепловим балансом. Для аналізу теплового режиму озера необхідно враховувати головні термічні якості води: надзвичайно мала теплопровідність; велика теплоємкість; збільшення щільності (густини) води при зниженні температури до 4°С. Подальше зниження температури (нижче 4°С) зменшує щільність (густину) води до точки замерзання, а з переходом води в лід щільність різко падає.
Перерозподіл тепла по глибині озера відбувається головним чином завдяки конвекції, течіям і хвилюванню.
7. Біологічні процеси в озерах
Біологічними процесами в озерах займається така наука як гідробіологія. Вона вивчає водні організми та умови їх існування у взаємозв'язку з навколишнім середовищем, тобто озером з усіма фізико-хімічними властивостями його ложа, води та водозбірної площі, а також у вигляді широкого угрупування інших організмів.
Всі живі організми - тварини, рослини й бактерії, що розвиваються та існують у водній масі й донних відкладах озер, називаються гідробіонтами.
За умовами пристосування до місць проживання гідробіонти поділяють на бентос і планктон.
Бентос - це водні організми, що живуть в верхніх шарах мулу, який залягає на дні. Фітобентос (рослинна частина бентосу) утворюється мікроскопічними діатомовими й зеленими водоростями.
Зообентос (тваринна частина бентосу) утворюється різного роду червами, личинками комах, деякими видами різноманітних молюсків. В склад бентосу входять також багаточисельні бактерії. Зообентос служить їжею для риб. В зв'язку з цим ступень розвитку зообентосу в озері є показником його продуктивності.
Часто всю сукупність водних організмів водної товщі поділяють на планктон і нектон.
Планктон - це водні організми, що знаходяться в водній товщі. Під планктоном припускають організми, що не можуть самостійно рухатися, а переміщуються течією води. Планктон служить їжею для багатьох риб.
Нектон - це організми, що мають здатність самостійно рухатися в масі води.
Організми, що знаходяться безпосередньо в межах поверхневої плівки води, виділяють в третій клас угруповань - нейстон.
Організми, що зустрічаються в товщі льоду, складають четвертий клас - вагон.
8. Наноси та донні відклади
Наноси - це тверді частинки, що переносяться потоками й течіями в озерах. Наноси є продуктом руйнації гірських порід і органічних залишків, що переносяться вітром, водою й льодовиками з місця його утворення.
Наноси розрізняють завислі й донні. Завислі наноси знаходяться по всій товщі води. Донні наноси є, як правило, більш крупні частинки. Вони переміщуються в придонному шарі й складають головний матеріал при формуванні дна озера.
С часом на дні та схилах улоговин озер накопичуються відклади різноманітних мінеральних і органічних часток. Ці відкладення досягають більш або менш значної товщі. Їх поверхня утворює сучасний рельєф озерного ложа.
Озерні відклади розрізняють на теригенні, хемогенні та біогенні.
Озерні відклади, що формуються в результаті надходження в озеро річкових та еолових наносів і продуктів абразії (руйнації) берегів, називаються теригенними відкладами.
Накопичення продуктів хімічних реакцій сприяє виникненню хемогенних відкладів. Вони складаються головним чином із вапняних утворень, тому що в природі широко поширений вуглекислий кальцій (СаСО3) є сіллю, яка дуже мало розчиняється й випадає в осад.
Рис. 4. Дновичерпувач.
Сприятливі умови для хімічної садки вуглекислого кальцію утворюються в озерах посушливої зони. Води в цих озерах насичені вуглекислим кальцієм. Завдяки великому випару або надходженню нових порцій вуглекислого кальцію починається його садка.
У відкладах озер зони підвищеного зволоження часто спостерігається великий вміст заліза та утворення залізно-марганцевих і марганцевих руд.
Біогенні відклади утворюються завдяки залишків організмів або в процесі органічних і мікробіологічних процесів, що відбуваються.
Розрізняють фітогенні відклади, що утворилися рослинними організмами, й зоогенні, що утворилися тваринними організмами.
Фітогенні й зоогенні відклади в свою чергу поділяються на мінеральні залишки відмерлих організмів та органічні речовини.
Мінеральні відклади складають стулки діатомових водоростей, оболонки пилку дерев, частини хітинового покриву комах і ракоподібних, голки губок, мушлі найпростіших і молюсків, і кістки риб.
Органічні речовини в біогенних відкладах складаються із залишків прибережної рослинності, планктонових водоростей і тварин.
Компоненти озерних відкладів, що надходять в озеро ззовні, називаються алохтонними, а ті, що виникають в самому озері - автохтонними.
9. Водні маси
Маса води, що заповнює улоговину озера, поділяється на три шари: епілімніон, металімніон, гіполімніон.
Епілімніон - це поверхневий шар води в озерах, в межах якого спостерігається гомотермія. В глибоких озерах шар епілімніону розташовується над шаром металімніону, а в мілких - може займати всю товщу води.
Металімніон - це шар води в озерах, в межах якого влітку, в період прямої стратифікації, температура різко знижується з ростом глибини, тобто в цьому шарі спостерігається явище температурного стрибка. Цей шар утрудняє процес вітрового перемішування, особливо наприкінці літа, коли температурний стрибок найбільш яскраво проявляється. Металімніон складає зону розподілу поверхневих і глибинних вод, а також оберігає гіполімніон від впливу вітру.
Гіполімніон - це товща води, що знаходиться в озері нижче шару температурного стрибка. Гіполімніон має місце в глибоких озерах. В межах гіполімніону температура води мало змінюється на протязі року. Вона повільно підвищується від весни до кінця осені і звичайно не перевищує 40С. Гіполімніон характеризується уповільненим водообміном і повільним падінням температури від його поверхні до дна. Іноді виділяють верхню частину гіполімніона, що має назву мезолімніон, і глибинну, яка зветься батилімніоном.
Положення цих термічних шарів води залежить від метеорологічних умов і головним чином від ступеня нагрівання водної поверхні, характеру весни, а також від підвищення температур, сили й напрямку вітру.
10. Призначення водосховищ та їх типи
Водосховище - це штучно створена водойма для збереження води і регулювання стоку. Найбільшого поширення одержали водоймища, створювані в долинах природних водотоків будівництвом водопідпірних споруд (гребель, шлюзів і т.п.) На ділянці вище водопідпорної споруди (греблі) підвищуються рівні й акумулюються великі об'єми води, що використовуються для господарських цілей. Довжина водоймища дорівнює дальності поширення підпора від греблі рис. 5).
Рис. 5. Схема гідровузла:
1 - гребля, 2 - гідроелектростанція, 3 - трикамерний шлюз.
Водоймища класифікують по ряду ознак. Виділяють п'ять основних типів водоймищ: рівнинні, передгірні, гірські, озерні, наливні.
Рівнинні водоймища характеризуються наступними ознаками: щодо великою площею поверхні води, невеликими максимальними (15-25 м) і середніми (звичайно 5-9 м) глибинами, невеликим спрацюванням (у межах 2-7 м), інтенсивними процесами переробки берегів, складених здебільшого пухкими розмивними породами. Ці водоймища, як правило, мають велику ємність і використовуються комплексно.
У результаті підйому рівня води, викликаного спорудженням греблі на рівнинних ріках, для яких характерні невеликі ухили, затоплюються великі площі, у тому числі цінні для сільськогосподарського виробництва заплавні землі, луки, пасовища, а також ліси, виникає необхідність переносу населених пунктів і важливих об'єктів. Внаслідок підвищення рівня ґрунтових вод відбувається підтоплення значної частини пов'язаною з водоймищем території. Крім того, при спорудженні водоймищ на рівнинних ріках утворяться мілководні ділянки, що, не представляючи інтересу з погляду регулювання стоку через їхній малий об'єм, істотно збільшують утрати води на випар, а також схильні заростанню, заболочуванню, замуленню, негативно впливають на якість води у водоймищі. Тому нормативні рівні й об'єм рівнинних водоймищ лімітуються різними умовами і призначаються на основі техніко-економічного аналізу. До цього типу водоймищ можна віднести Печенізьке, Каховське й ін.
Водоймища передгірних і плоскогірних областей характеризуються великими глибинами (до 70-100 м і більше), значним спрацюванням (до 10-20 м), порівняно невеликою інтенсивністю переробки берегів, незначним затопленням і підтопленням території.
Для гірських водоймищ характерні великі глибини (нерідко більш 100 м) і спрацювання (до 100 м і більш). Затоплювана площа, підтоплення, переробка берегів, фільтрація з водоймища незначні. Поперечний профіль долини гірських рік звичайно збігається з річищем, він може мати вид вузького каньйону; схили берегів круті, нерідко східчасті, річище слабозвивисте, без заплави; при спрацьовуванні водоймища площа поверхні води змінюється плавно. У цих умовах для створення великої ємності необхідно зведення високої греблі. Гірські ріки мають великі ухили і швидкості плину води, транспортують великі фракції наносів, що приводить до замулення водоймищ. До цього типу відносяться більшість водоймищ Східного Сибіру і Далекого Сходу, деякі водоймища Криму, Карпат, Уралу, Кавказу і Центральної Азії (рис. 6).
Рис. 6. Схема дериваційної гідроелектростанції.
Озерні водоймища створюють шляхом спорудження греблі на річці, що витікає з озера, і підпор, викликаний греблею, поширюється на озеро. Перевага цих водоймищ полягає в тому, що при незначному підпорі і невеликій площі затоплення земель у них можна акумулювати великі об'єми води.
До водоймищ озерного типу відносять Іркутське, Бухтарминське, Верхньо-Свирське й ін.
Наливні водоймища частіше усього споруджують шляхом використання природних улоговин і обвалування понижених ділянок територій поблизу річки. Застосовують їх головним чином при зрошенні земель і будівництві гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). В якості прикладів такого типу водоймищ можна назвати Велике на Великому Ставропольському каналі, Катта-Курганське поблизу р. Зеравшан, Хаузханське на Каракумському каналі, Тбіліське й ін.
Водоймища класифікують також по площі водної поверхні й об'єму.
Штучну водойму невеликих розмірів і площею водяної поверхні менше 1 км2 називають ставком.
Існують і інші класифікації водоймищ; по глибинах, конфігурації, термічному режиму і т.д.
11. Основні складові об'єму і нормативні рівні водоймищ
Параметри водоймища, що визначають його розміри, встановлюють на основі водогосподарчого розрахунку. При цьому об'єм води у водоймищі прийнято підрозділяти на мертвий і корисний.
Мертвий об'єм - це постійна частина повного об'єму водоймища, що у нормальних умовах експлуатації не спрацьовується й у регулюванні стоку не бере участь.
Рівень поверхні води, що обмежує цей об'єм зверху, називають рівнем мертвого об'єму (РМО). При наявності в греблі донних отворів мертвий об'єм ділиться на об'єм нижче порога отворів, що не спрацьовується самопливом, і об'єм вище отворів, що при необхідності (у виняткових умовах) може бути частково спрацьований.
Корисний об'єм - основний об'єм водоймища, який безпосередньо використовується для регулювання стоку. Він розташований вище РМО й обмежений зверху нормальним підпірним рівнем (НПР), тобто найвищим проектним підпірним рівнем верхнього б'єфа, що може підтримуватися в нормальних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень.
За допомогою штучної греблі створюється різниця рівнів води перед греблею і за нею (рис. 7).
Рис. 7. Схема створення напору води.
Водний простір перед греблею називається верхнім б'єфом 1, а за греблею - нижнім б'єфом 2. Різниця рівнів б'єфів є напором установки. Чим вище гребля, тим більше напір (рис. 8).
Рис. 8. Схематичний розріз гідроелектростанції:
1 - турбіна, 2 - генератор, будівля гідростанції, 4 - затвори, 5 - міст, 6 - глуха земляна гребля, 7 - водозливна бетонна гребля.
Повний об'єм водоймища відповідає оцінці НПР і дорівнює сумі корисного і мертвого об'ємів.
Підпірний рівень вище нормального, що тимчасово допускається у верхньому б'єфі в надзвичайних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень, називають форсованим підпірним рівнем (ФПР). Він обмежує зверху об'єм води, що знаходиться у водоймище вище НПР, що називають форсованим (або протиповіневим) об'ємом ФПР.
Головна задача водогосподарчого розрахунку водоймища - визначення корисного об'єму \/кор і вибір оцінки НПР. Корисний об'єм - це робочий об'єм водоймища, призначений для регулювання стоку з метою гарантованого забезпечення споживачів водою. Він залежить від призначення водоймища, тривалості регулювання (добове, сезонне, багаторічне) і знаходиться шляхом зіставлення розрахункового стоку і сумарного водоспоживання.
Корисний об'єм має визначальне значення при обчисленні оцінки нормального підпірного рівня, на вибір якої впливають особливості створу греблі і ложа водоймища. Стосовно до НПР розраховують гідротехнічні спорудження, що забезпечують роботу водоймища, їхні габарити і розміщення, встановлюють економічні показники регулювання стоку, збиток, що наноситься народному господарству затопленням, підтопленням і переробкою берегів. Остаточно НПР приймають у результаті техніко-економічного зіставлення різних варіантів.
Мертвий об'єм і відповідний йому РМО визначають з обліком ряду умов. На річках, що транспортують велику кількість наносів, мертвий об'єм необхідний для акумуляції твердого стоку, щоб запобігти зменшенню корисного об'єму протягом розрахункового терміну служби водоймища.
На водоймищах, використовуваних для комунально-побутового водопостачання і рибного господарства, головними чинниками, що визначають мертвий об'єм і РМО, є санітарно-технічні вимоги й умови забезпечення необхідної якості води. Відповідно до цих умов, середня глибина води у водоймищі при РМО повинна бути більше 2,5 м, а площа мілководдя з глибинами менше 2 м - не більше 30...35% поверхні води водоймища.
При транспортному використанні водоймища РМО визначають, як мінімальний навігаційний рівень, що забезпечує необхідні глибини для судноплавства.
У водоймищах для комунального і промислового водопостачання, зрошення, обслуговування ТЕС і АЕС РМО визначають з умов нормальної безперебійної роботи водозабірних споруджень при мінімальних рівнях води.
Для гідроелектростанцій РМО відповідає глибина спрацювання водоймища, при якій забезпечується максимальне вироблення електроенергії.
Форсований об'єм Vфпр створюється шляхом форсування рівня води у водоймище вище НПР в період високих повеней або водопілля, щоб запобігти повені в нижньому б'єфі. Тому його називають іноді противоповеневим. Оцінка форсованого підпірного рівня (ФПР) залежить від максимальних витрат води розрахункової забезпеченості, гідрографа повені, розмірів і розміщення скидних споруд. Звичайно перевищення НПР при форсуванні складає 20-70 см, при проходженні ж повеней розрахункова повторювальність яких у середньому складає 1 раз у 1000 років (р=0,1%) або 1 раз у 10000 років (;про=0,01%), форсування може досягти 1-3 м. Необґрунтоване перевищення НПР приводить до додаткового, хоча й короткочасного, затоплення і підтоплення території, завдає шкоди сільському господарству, несприятливо відбивається на роботі гідротехнічних споруд і об'єктів народного господарства, що виявляються в зоні впливу водоймища. Тому розмір і тривалість форсування рівня води у водоймищі повинні бути економічно обґрунтовані.
При регулюванні стоку змінюється режим водотоку не тільки вище греблі, але й у її нижньому б'єфі: зростають межені і зменшуються витрати і рівні в період паводків і водопілля, збільшуються амплітуда і частота коливань рівнів, особливо при добовому і тижневому регулюванні, змінюються термічний і зв'язаний із ним льодовий режими нижче греблі, більш інтенсивно протікають руслові процеси і т.д. У зв'язку з цим при водогосподарчих розрахунках нормуються також витрати і рівні в нижньому б'єфі водоймищ.
У період пропуску водопілля та повеней у нижньому б'єфі лімітують максимальний рівень, щоб не допустити повені. У той же час у цей період повинно бути передбачене надходження в нижній б'єф таких витрат води, при яких забезпечується і підтримується протягом визначеного терміна затоплення заплавних косовиць, а також нерестовищ риби.
Нормують мінімальні добові рівні води нижче греблі в створах промислово-питних і зрошувальних водозаборів, при яких забезпечується не тільки безперебійний забір води, але і необхідна її якість.
Підвищене спрацьовування води з водоймища, добова і тижнева нерівномірність у його роботі погіршують умови сільськогосподарського використання земель, наносячи збиток рибному господарству, утрудняють роботу водного транспорту, активізують руслові процеси в нижньому б'єфі. Для згладжування цих негативних наслідків передбачають обмеження внутрішньодобових коливань рівня нижнього б'єфа і питомих скидових витрат.
Основні параметри водоймища, що визначають його розміри, повинні бути технічно й економічно обґрунтовані. Оптимальні параметри вибирають на основі зіставлення народногосподарського ефекту регулювання стоку з капітальними вкладеннями на будівництво гідротехнічних споруджень, заходи щодо інженерного підготування території, відшкодування збитку від затоплення і підтоплення, перенос або нове будівництво житлових будинків, виробничих і інших об'єктів, переселення населення і т.д. При цьому обов'язково повинні бути враховані питання комплексного використання водяних ресурсів і їхньої охорони, соціологічні й екологічні аспекти наслідків регулювання стоку, можливості зміни режиму і розширення функцій водоймища в перспективі.
ДОПИТЛИВИМ НА ДОДАТОК
На земній кулі є немало своєрідних озер, які чимось відрізняються від іншої маси водойм. Ці дивовижні озера розкидані по планеті, і в їхньому розподілі по Землі немає жодної закономірності, як немає цього і щодо ознак, за якими вони виділяються в окрему групу.
Здебільшого такі озера відображають якісь місцеві особливості, властиві тому чи іншому району. Як правило, вони не є типовими. Ось деякі з них.
ВОСЬМЕ ЧУДО СВІТУ
«Якщо хочете побачити восьме чудо світу, - кажуть туристам індонезійці, - то не шукайте його в якихось інших краях. Це чудо є у нас, в Індонезії, на острові Флорес».
Щоб побачити це «чудо», треба зійти на шпиль гори Калімуту. Звідти справді відкривається чарівне видовище. Подивившись в один бік - побачиш озеро з водою білою, як молоко, кинеш погляд в інший бік - перед тобою, як на долоні постане криваво-червоне озеро, а ще повернешся - і не зможеш відірвати очей від чудесного озера блакитнувато-зеленого кольору. Зорові враження змінюються як у калейдоскопі! Дивишся і не віриш очам своїм - усе ніби відбувається не вочевидь, а в казковому сні! Така рідкісна гама барв викликає подив і захоплення.
Учені розгадали таємницю «восьмого чуда світу». Усі три різноколірні озера лежать у кратерах згаслих вулканів. Різного забарвлення їхнім водам надають розчинені солі мінералів. У червоний колір воду зафарбовують сполуки заліза, а в білий колір і блакитно-зелений - різні сполуки сірки.
ОЗЕРО З НАЙДОВШОЮ НАЗВОЮ В СВІТІ
Є на світі озеро з незвичайно довгою назвою. Воно міститься в США, на території штату Масачусетс. Власне кажучи, це невелике озеро і, мабуть, нічим особливим не відрізняється від інших озер штату, крім своєї малозрозумілої, надто довгої назви, в якій понад сорок літер. Розміркуйте самі: чартоггагоггманчауггагоггчаубунагунгамаугг. Одразу запам'ятати її дуже важко, треба добряче потренуватися.
Неважко здогадатися, що назву озеру дали не європейці, а колишні корінні мешканці цієї країни - індіанці. І означає воно не просто набір якихось звуків, а має цілком певний зміст, приблизно такий: «Ви ловите рибу на своєму боці, ми на своєму, ніхто не ловить риби на середині озера».
Усе граничне ясно: назва озера водночас є і договором між сусідніми племенами індіанців.
ОЗЕРО СМЕРТІ
У Сицилії є озеро Смерті, яке вважається «наймертвішим» на нашій планеті. На його берегах немає рослинності, а в водах ніякого життя. Мало того, будь-яка жива істота, потрапивши в цю водойму, вмить гине.
Чому ж воно таке смертоносне?
Коли хіміки зробили аналіз води, виявилось, що в ній багато сірчаної кислоти. Як же вона потрапила сюди? Спершу припускали, що озерні води розчиняють якісь невідомі породи і за рахунок цього збагачуються кислотами. Але потім встановили, що постачальником кислоти є двоє джерел, які нуртують на дні водойми.
ОЗЕРО, В ЯКОМУ РОСТЕ ....... КАМІННЯ
Серед просторів Кулундинського степу Алтайського краю поміж багатьох прісних і солоних водойм є озеро Малинове. Воно має одну особливість, яка завжди викликала гостру цікавість у всіх, хто бував на його берегах і слухав розповіді місцевих мешканців, схожі на вигадку чи казку.
Було помічено, що в озері Малиновому росте ..... каміння. Росте звичайнісіньким чином: там, де його раніше не було, воно з'являється, а каміння малих розмірів перетворюються в велике.
Місцеві жителі виламують каміння, що виросло, і використовують його як будівельний матеріал. Загадковий ріст каміння в давнину пояснювали діями чаклунської сили. Таємницю Малинового озера розгадали після того, як вивчили хімічний склад озерних і підземних вод.
Виявилось, що вода в озері насичена солями магнію, а вода, яка живить його з підземних горизонтів, містить соду. Ці два розчини вступають між собою в хімічну реакцію, і в результаті виходить тверда маса.
ОЗЕРО З ПЕРВІСНОЮ ВОДОЮ
Мова піде про озеро Овретан, що неподалік від міста Осло в Норвегії. Коли підводники обстежили донну частину цього озера, вони знайшли тут ділянку з водою, позбавленою кисню; ця вода збереглася від часу останнього обледеніння. Отже, вік її близько 10 000 років.
Як це встановили ?
У “викопній” воді виявили залишки представників фауни і флори льодовикового періоду, які чудово збереглися. Потрапити сюди ззовні вони ніяк не могли, значить, дістались озеру Овретан у спадщину від льодовикової епохи.
ПРИРОДНИЙ ТЕРМОС ?
Озеро Ванда - найдивовижніше озеро Антарктиди. Товщина криги, яка вкриває озеро, дорівнює 4 метрам. Під нею залягає шар прісної води, а під ним - солоної, причому солоність її вища, ніж у морської. Температура води і повітря в цьому районі завжди від’ємна. Морози взимку досягають 40 - 50 градусів, а біля дна, на глибині близько сімдесяти метрів, вода тепла: 25 - 27 градусів вище нуля.
Температуру води міряли багато разів і в різні години доби, але показання термометра не змінювались: на дні озера було тепліше на кілька десятків градусів порівняно з температурою повітря.
Звідки в озері могло взятися тепло, коли довкола панує лютий холод? Це здавалось дивовижним і незбагненим, тим більше, що жодних теплих джерел на дні водойми не виявили.
І тоді у вчених сяйнув здогад - а чи не є озеро Ванда гігантським природним термосом?
Його води кришталево чисті й прозорі. У них немає найдрібніших живих організмів, які населяють водойми більш теплих районів Землі і роблять їх каламутними. Вітер також ніколи не скаламучує води, захищеної товстим покровом криги, а тому частки мулу і ґрунту не плавають у воді, а давно осіли на дно.
Крізь лід і чисту прозору воду легко пробивається сонячне проміння і нагріває глибинні шари. А оскільки вода в озері на самому дні солона і, отож, значно важча, то вона залишається внизу, навіть нагріта. Такої думки дотримується більшість дослідників.
ОЗЕРО, ЯКЕ...... ВИБУХАЄ
Немовби коштовний сапфір в оправі з зеленого тропічного лісу, лежить у джунглях південної частини Гани, найбільше озеро цієї країни - Босумтві.
Це озеро має форму правильного кола, немовби хтось велетенським циркулем обвів коло і викопав тут яму діаметром сім кілометрів і близько чотирьохсот метрів завглибшки.
Колір озерної води голубуватий, він приємно тішить зір. Там, де немає поселень, аж до самої води спускаються густі джунглі.
З озером пов'язано багато легенд, переказів та звичаїв місцевих мешканців.
Незвичайна сама назва водойми. На ганській мові «Обосуме» означає «бог», а «Тві» - його ім'я. Отже, Босумтві - озеро цього бога. Тві - бог антилоп. Однак, на противагу цим мирним тваринам, він - лихий і жорстокий. Коли бог гнівається, людині стає зле: то затопить її житло, прожене рибу в глибочінь, то влаштує вибух на озері і занапастить усе живе.
Час від час з озером справді коїться щось дивне. Тихе і спокійне, воно раптом «вибухає». У глибині з великим шумом немовби лопається великий пухир. Угору підкидаються каскади води, на поверхні здіймається велике хвилювання. Від такого вибуху гине багато риби. Потім усе заспокоюється.
Не дивно, що в давні часи це незвичайне явище аборигени пояснювали проявом надприродних сил, уособлюваних богом Тві.
Що ж вимагали від цих людей, коли загадкового явища ніхто до ладу не може пояснити навіть у наш час.
Припускають, що на дні водойми - а глибина її дуже велика - в потужному шарі відкладень відбувається розпад органічних речовин, при цьому виділяються гази. Коли газів нагромадиться багато, вони вириваються з глибин водойми, створюючи подобу вибуху.
Треба сказати, що озеро Босумтві - суцільна загадка для географів. Чому воно таке кругле, яке його походження ? Що до цього немає одностайної думки.
Одні твердять, що озерна улоговина утворилася від вибуху під час падіння на землю велетенського метеорита. Та для утворення такої величезної западини треба, щоб метеорит мав діаметр близько трьох кілометрів і рухався зі швидкістю приблизно тридцять кілометрів на секунду. Нічого подібного досі не спостерігалося, та й навряд чи таке взагалі можливо. А найголовніше - у районі розташування озера і досі не знайдено жодних слідів метеорита.
Деякі вчені гадають, що в цьому місці з поверхню землі зіткнулась антиречовина. В результаті стався велетенський вибух, який не залишив після себе жодних уламків і осколків.
Є, нарешті, ще одна гіпотеза, мабуть, найправдоподібніша: озеро виникло внаслідок вулканічної діяльності. Воно міститься в гірському районі і, можливо, займає дно зруйнованого конуса вулкану. Рівень води в озері поступово підіймається, і за останні десятиріччя площа водної поверхні трохи збільшилась.
Поступовий наступ озерних вод на сушу спричинив до того, що з сорока прибережних населених пунктів на узбережжі вціліло близько двадцяти. Зараз люди побоюються жити на берегах озера, вважаючи за краще селитися вище в горах.
Прибічники вулканічної гіпотези походження озерної улоговини вважають, що процеси гороутворення тут ще не закінчилися. Район озера поступово підвищується, причому ложе водойми, можливо, підіймається швидше, ніж схили улоговини. Цим і пояснюється затоплення суші.
Цей район і саме озеро ще погано вивчені. Поверхневі зйомки місцевості проводилися приблизно піввіку тому. Наукових експедицій до озера майже не було.
ДИВОВИЖНЕ ОЗЕРО
Поблизу Кольського півострова, на острові Кільдін, є невелике озеро Могильне, завглибшки приблизно 18 метрів. Від моря його відділяє гравійно-піщана перемичка; рівень води в озері трохи вищий, ніж у моря, а тому відбувається постійний водообмін через згадану перемичку.
Озеро, наче листовий пиріг, ділиться на п'ять цілком самостійних, несхожих один на одного ярусів, чи поверхів. Горішній, п'ятий поверх займає прісна вода, холодна і прозора. Тут багато найрізноманітніших мешканців, типових для водойм Арктики.
На третьому поверсі також вирує життя. Вода - блакитна, прозора, солона. Фауна і флора - типово морські. Актинії, морські рачки, зірки, їжаки. Але тут уже не знайдеш мешканців горішнього ярусу.
Шар між третім і п'ятим поверхами займає проміжне становище, щось на зразок перехідної зони.
У другому поверсі панує якась особлива напівтемрява. Вода насичена мікроскопічними істотами, бактеріями пурпурового кольору, які надають воді вишнево- рожевого відтінку. Бактерії надто життєздатні, вони жадібно поглинають сірководень, який у великій кількості підіймаються з дна водойми, і окисляють його. А тому смертельний для всього живого газ затримується і не надходить на третій поверх.
Найнижчий поверх заповнений рідким мулом. Тут відбуваються процеси життя органічних решток, які опускаються із горішніх поверхів. Це «мертвий» шар, бо в ньому немає живлющого кисню: йому нізвідки взятися: газообміну з атмосферою не відбувається, зате сірководню більш ніж досить.
Могильне - давнє озеро, яке пережило кілька геологічних епох. Про це свідчать окремі види тварини, давно зниклих у сусідньому Баренцовому морі.
Хоч озеро і не з'єднується з морем, але на ньому в зменшеному вигляді відбуваються припливи і відпливи. Незрозуміле: як і чому виникло це озеро, чому воно, наче листовий пиріг, ділиться на шари, чим пояснюється їхня виняткова стійкість ? І ще - чому воно називається Могильним ? Адже всі його поверхи заселені!
При підготовці теми в якості літератури можна скористатись , розміщеним у кінці робочої програми курсу.
Походження і типи озер. Фізичні властивості і хімічний склад озерних вод. Морфологія і морфометрія озер. Водний режим, водний баланс, коливання рівня води. Динамічні явища в озерах, течії та хвилювання, сейші. Тепловий і льодовий режим. Біологічні процеси в озерах. Наноси та донні відклади. Водні маси. Призначення водосховищ та їх типи. Основні характеристики. Режим рівнів, водний баланс водосховищ. Вплив водосховищ на стік річок і природне середовище.
1. Походження і типи озер
Озерами називаються заповнені водою улоговини або западини земної поверхні, що не мають безпосереднього сполучення з морем (океаном) і відрізняються уповільненим водообміном.
У розвитку озера можна виділити три фази:
а) озеро зберігає свою улоговину майже незмінною, існуючі відклади ще не мають помітного впливу на його ложе;
б) утворюється берегова відмілина, з’являються дельти в місцях впадіння річок, розвивається водна рослинність;
в) нерівності улоговини згладжені відкладами наносів, за рахунок продуктів руйнування берегів і підкосів дельт розширюється берегова відмілина, зменшується глибина, рослинність поширюється майже по всій поверхні озера.
У подальшому озеро перетворюється у мілку водойму з розповсюдженим розвитком рослинності, яка з підводної частини переходить у надводну і перетворює озеро в болото.
За походженням озера можуть бути: загатними, улоговинними та змішаними.
Загатні озера утворюються внаслідок перекриття долини річки обвалом, наносами, уламковим матеріалом льодовика, що відступає.
Улоговинні озера в залежності від умов і причин утворення улоговини можуть бути тектонічними, вулканічними, дефляційними, льодовиковими, карстовими та термокарстовими.
У тектонічних озер улоговини утворились в результаті тектонічних процесів (різких змін у земній корі), наприклад, при землетрусах. Тектонічні озера бувають дуже глибокими (Байкал, Севан, Іссик-Куль та ін.).
Вулканічні озера з’являються під дією вулканічних сил, наприклад, Курильське озеро, Кроноцьке та ін.
Дефляційні озера утворюються в результаті видування гірських порід вітром і в пониженнях між барханами та дюнами. Їхні улоговини звичайно неглибокі.
Льодовикові озера являються результатом дії льодовиків, що покривали колись величезні площі на континентах. Прикладом таких озер може бути Силтран (рис. 1) на Північному Кавказі.
Рис. 1. Озеро Силтран. Балкарія. Північний Кавказ. Експедиція ХНУ ім. В.Н. Каразіна.
Карстові озера - це результат хімічної діяльності підземних і поверхневих вод. Ці озера зустрічаються в басейнах р. Північної Двіни, Ками, на Волзько-Онезькому вододілі та ін.
Термокарстові озера виникають в результаті заповнення водою заглиблень на поверхні землі, що утворюються в районах вічної мерзлоти в результаті танення підземних пластів або лінз льоду. Такі озера поширені на території Якутії.
Змішані озера утворюються від спільного впливу різних причин. Наприклад, озерна улоговина тектонічного походження піддавалась дії льодовиків, що вплинули на її формування (Ладозьке та Онезьке озера). Улоговина озера загатного типу може бути підготовлена процесами вивітрювання, діяльністю поверхневих і підземних вод.
2. Водний режим, фізичні властивості і хімічний склад озерних вод
Озера діляться на дві категорії: стічні та безстічні.
Стічні озера характеризуються тим, що поверхневі та підземні води, що надходять до них, витрачаються на живлення річок, що з них витікають, а також на випаровування та фільтрацію. Стічні озера можуть мати стік на протязі року або лише в період найбільшого притоку (тимчасові стічні озера).
В окремих випадках, коли одна із стікаючих в озеро річок по водності того ж порядку, що й річка, що витікає з нього, озеро називається проточним. Річки, що витікають з озер, мають менші амплітуди коливань рівнів і витрат. Озера служать природним регулятором режиму річок, що з них витікають.
Безстічні озера витрачають води, що в них поступають, на випаровування і на просочування в ґрунт.
По складу води озер поділяються на прісні та солоні, або мінеральні. Стічні озера, як правило, бувають прісними. В безстічних озерах відбувається випаровування чистої води, а солі залишаються в них. Тому вода в безстічному озері безперервно мінералізується (засолюється), і тим швидше, чим більша концентрація солей у стікаючих в озеро водах.
3. Морфологія і морфометрія озер
В Україні є близько 20 тис. озер, з них більше 7 тис. мають площу понад 0,1 км2. В цих озерах акумулюються понад 11 км3 води, з якої 2,5 км3 - це прісна вода.
Таблиця
Найважливіші озера і закриті лимани України
Озера і лимани | Місцеположення | Площа, км2 | Довжина, км | Ширина, км
Свитязь | Басейн Зах. Бугу | 27,5 | 7,5 | 2,0-4,0
Пулемецьке | Басейн Зах. Бугу | 16,0 | 16,0 | 2,0-3,0
Турське | Басейн Прип'яті | 13,5 | 5,0 | 1,0-3,0
Кагул | Плавні Дунаю | 92-103 | 15,5 | 6,0-8,0
Ялпуг | - " - | 22,0 | 12.0 | 2,0-7.0
Катлабух | - " - | 63.0 | 45.0 | 0,8-6,0
Китай | - " - | 55,0 | 20,0 | 0.8-3,0
Кучурганський | - " - | 20,0 | 25,0 | 0,5-3,0
Сасик (Кундук) | Узбережжя Чорного моря | 21,0 | 14,0 | 3-12
Шагани | - " - | 70,0 | 29.0 | 8.0
Алібей | - " - | 72,0 | 9.0 | 3 – 10
Бурнас | - " - | 20,0 | 10.0 | 2,0-3.5
Будацький | - " - | 29.0 | 7,0 | 1.5-2.5
Дністровський | - " - | 36,0 | 12,0 | 4-12
Хаджибейський | - " - | 70,0 | 40,0 | 0,5-2,5
Куяльницький | - " - | 56 – 61 | 31,0 | 0,5-2,5
Молочний | Узбережжя Азовського моря | 165,0 | 35,0 | 3,5-7,0
Донузлав | Кримський п-ов | 47,0 | 30,0 | 1.0-4,0
Сасик | - " - | 75,0 | 18,0 | 3.0-7,0
У зв'язку з комплексним використанням водних ресурсів на багатьох річках створено штучні водойми - водосховища, а також ставки. Всього в Україні створено біля 900 водосховищ. Ставків налічується понад 24 тисячі.
Таблиця
Основні водосховища України
Водосховище | Річкова система | Площа водного дзеркала, км2 | Об'єм водосховища, км3
Корисний | Повний
Київське | Дніпро | 922 | 1,20 | 3,73
Канівське | Дніпро | 675 | 0,30 | 2,62
Кременчуцьке | Дніпро | 2250 | 9,00 | 13,50
Дніпродзержинське | Дніпро | 567 | 0,30 | 2,45
Дніпровське | Дніпро | 410 | 0,86 | 3,30
Каховське | Дніпро | 2155 | 6,88 | 18,20
Дністровське | Дністер | 142 | 2,00 | 3,00
Печенізьке | Сів. Дінець | 86.2 | 0,34 | 0,38
Червонооскільське | Оскіл | 122 | 0.46 | 0,48
Червонопавлівське | Берека | 0,41
Ладиженське | Півд. Буг | 20,8 | 0.07 | 0,15
Старобешівське | Кальміус | 8,50 | 0,03 | 0,04
Карачунівське | Інгулець | 4,40 | 0,29 | 0,31
Сімферопольське | Салгир | 3,23 | 0.03 | 0.03
Партизанське | Альма | 2,25 | 0,03 | 0,03
Трав'янське | Харків | 0,585 | 0,008 | 0,016
Муромське | Муром | 0,041 | 0,005 | 0,011
В'ялівське | В'ялий | 0,017 | 0,0065 | 0,0068
4. Водний баланс, коливання рівня води в озерах
Водний баланс озера, тобто співвідношення притоку і витрат води, можна представити у вигляді:
упр. пов. + у’пр. підз. + k + х - (уст.пов. + у’ст.підз. + Е) = DН,
де упр. пов. + у’пр. підз. - поверхневий і підземний притік в озеро;
k - конденсація водяної пари над поверхнею озера;
х - опади на поверхню озера;
уст.пов. + у’ст.підз. - поверхневий і підземний стік із озера;
Е - випаровування з поверхні води;
DН - акумуляція води в озері.
Всі члени рівняння водного балансу у цій формулі виражені у вигляді шару води.
Можна написати рівняння водного балансу, виражаючи всі його елементи в об’ємах; тоді в правій частині рівняння буде записано приріст об’єму DV. Якщо записати прибуткову частину рівняння водного балансу через Vлр.(притік), а видаткову через Vв. (витік), рівняння буде мати вигляд:
Vлр -. Vв. = DV.
Це співвідношення показує, що притік води дорівнює відтоку при DV > 0 (рівень підвищується), притік в озеро більше видатку води Vлр >. Vв. Коли DV < 0 (рівень води знижується), притік води в озеро менше відтоку, тобто Vлр <. Vв.
Подібне рівняння водного балансу справедливо для стічних озер. У безстічних озерах стік з озера відсутній, вода в основному витрачається на випаровування.
5. Динамічні явища в озерах, течії та хвилювання, сейші
Вода в озерах може рухатись у вигляді течії, а також у вигляді хвиль. Течії можуть виникати під дією вітру (вітрові течії) або в результаті нерівномірного охолодження і нагрівання мас води. У проточних озерах можливі річкові течії, які утворюються внаслідок того, що в місці впадіння річки рівень води в озері підвищується, а в місці витоку - понижується. Так створюється похил водної поверхні, який спонукає до руху водні маси озера.
Коливальні рухи водних мас озера створюються вітровими хвилями й сейшами.
Вітрова хвиля характеризується наступними елементами (рис. 2):
вищою точкою (1), яка називається вершиною або гребенем хвилі, і нижчою (2) - підошвою. Відстань між двома послідовними гребенями або підошвами двох хвиль називається довжиною хвилі, відстань по вертикалі між гребенем і підошвою - висотою хвилі. Відношення висоти хвилі до її довжини характеризує крутизну хвилі. Проміжок часу, на протязі якого хвиля проходить шлях, рівний її довжині, називається періодом хвилі. Відстань, яку проходить будь-яка точка хвилі (наприклад, гребінь) за одиницю часу, називається швидкістю хвилі.
Рис. 2. Схема вітрової хвилі.
Для визначення висоти хвилі існує цілий ряд емпіричних формул, наприклад, формула В.Г. Андріянова:
hхв = 0,0208 uв5/4 D1/3,
де hхв - висота хвилі, м;
uв - швидкість вітру, м/с;
D - довжина розгону хвилі, км.
Сейші - це коливальні рухи всієї маси води в озері, які утворюються в результаті різкої зміни атмосферного тиску в різних частинах озера, а також при різких стрибках сили і напрямку вітру над озером, наприклад, при проходженні циклону. Поверхня озера при сейшах отримує нахил то в одну, то в іншу сторону. Нерухома вісь, навколо якої відбуваються коливання, називається вузлом. Сейші можуть бути одновузлові, двохвузлові і т. д. Найбільш поширені одновузлові сейші. Вивчати сейші необхідно для правильного встановлення середнього рівня води в озері.
Рис. 3. Одновузлові (а) та двохвузлові (б) сейші.
6. Тепловий і льодовий режим
Основне джерело надходження тепла в озеро - пряма сонячна радіація. Крім того, на нагрівання озерної води впливають: температура повітря над поверхнею води; тепловіддача берегів озера та озерної улоговини; теплота, що вивільнюється при утворенні льоду і конденсації водяної пари на поверхні озера; більш висока температура води впадаючих в озеро річок і підземного притоку.
Втрати тепла відбуваються при випромінюванні його в атмосферу. У значно меншій мірі на охолодження озера впливає втрата тепла на випаровування води і танення криги, при впадінні в озеро холодних приток і т. д.
Співвідношення кількості тепла, що отримує і віддає озеро, називається тепловим балансом. Для аналізу теплового режиму озера необхідно враховувати головні термічні якості води: надзвичайно мала теплопровідність; велика теплоємкість; збільшення щільності (густини) води при зниженні температури до 4°С. Подальше зниження температури (нижче 4°С) зменшує щільність (густину) води до точки замерзання, а з переходом води в лід щільність різко падає.
Перерозподіл тепла по глибині озера відбувається головним чином завдяки конвекції, течіям і хвилюванню.
7. Біологічні процеси в озерах
Біологічними процесами в озерах займається така наука як гідробіологія. Вона вивчає водні організми та умови їх існування у взаємозв'язку з навколишнім середовищем, тобто озером з усіма фізико-хімічними властивостями його ложа, води та водозбірної площі, а також у вигляді широкого угрупування інших організмів.
Всі живі організми - тварини, рослини й бактерії, що розвиваються та існують у водній масі й донних відкладах озер, називаються гідробіонтами.
За умовами пристосування до місць проживання гідробіонти поділяють на бентос і планктон.
Бентос - це водні організми, що живуть в верхніх шарах мулу, який залягає на дні. Фітобентос (рослинна частина бентосу) утворюється мікроскопічними діатомовими й зеленими водоростями.
Зообентос (тваринна частина бентосу) утворюється різного роду червами, личинками комах, деякими видами різноманітних молюсків. В склад бентосу входять також багаточисельні бактерії. Зообентос служить їжею для риб. В зв'язку з цим ступень розвитку зообентосу в озері є показником його продуктивності.
Часто всю сукупність водних організмів водної товщі поділяють на планктон і нектон.
Планктон - це водні організми, що знаходяться в водній товщі. Під планктоном припускають організми, що не можуть самостійно рухатися, а переміщуються течією води. Планктон служить їжею для багатьох риб.
Нектон - це організми, що мають здатність самостійно рухатися в масі води.
Організми, що знаходяться безпосередньо в межах поверхневої плівки води, виділяють в третій клас угруповань - нейстон.
Організми, що зустрічаються в товщі льоду, складають четвертий клас - вагон.
8. Наноси та донні відклади
Наноси - це тверді частинки, що переносяться потоками й течіями в озерах. Наноси є продуктом руйнації гірських порід і органічних залишків, що переносяться вітром, водою й льодовиками з місця його утворення.
Наноси розрізняють завислі й донні. Завислі наноси знаходяться по всій товщі води. Донні наноси є, як правило, більш крупні частинки. Вони переміщуються в придонному шарі й складають головний матеріал при формуванні дна озера.
С часом на дні та схилах улоговин озер накопичуються відклади різноманітних мінеральних і органічних часток. Ці відкладення досягають більш або менш значної товщі. Їх поверхня утворює сучасний рельєф озерного ложа.
Озерні відклади розрізняють на теригенні, хемогенні та біогенні.
Озерні відклади, що формуються в результаті надходження в озеро річкових та еолових наносів і продуктів абразії (руйнації) берегів, називаються теригенними відкладами.
Накопичення продуктів хімічних реакцій сприяє виникненню хемогенних відкладів. Вони складаються головним чином із вапняних утворень, тому що в природі широко поширений вуглекислий кальцій (СаСО3) є сіллю, яка дуже мало розчиняється й випадає в осад.
Рис. 4. Дновичерпувач.
Сприятливі умови для хімічної садки вуглекислого кальцію утворюються в озерах посушливої зони. Води в цих озерах насичені вуглекислим кальцієм. Завдяки великому випару або надходженню нових порцій вуглекислого кальцію починається його садка.
У відкладах озер зони підвищеного зволоження часто спостерігається великий вміст заліза та утворення залізно-марганцевих і марганцевих руд.
Біогенні відклади утворюються завдяки залишків організмів або в процесі органічних і мікробіологічних процесів, що відбуваються.
Розрізняють фітогенні відклади, що утворилися рослинними організмами, й зоогенні, що утворилися тваринними організмами.
Фітогенні й зоогенні відклади в свою чергу поділяються на мінеральні залишки відмерлих організмів та органічні речовини.
Мінеральні відклади складають стулки діатомових водоростей, оболонки пилку дерев, частини хітинового покриву комах і ракоподібних, голки губок, мушлі найпростіших і молюсків, і кістки риб.
Органічні речовини в біогенних відкладах складаються із залишків прибережної рослинності, планктонових водоростей і тварин.
Компоненти озерних відкладів, що надходять в озеро ззовні, називаються алохтонними, а ті, що виникають в самому озері - автохтонними.
9. Водні маси
Маса води, що заповнює улоговину озера, поділяється на три шари: епілімніон, металімніон, гіполімніон.
Епілімніон - це поверхневий шар води в озерах, в межах якого спостерігається гомотермія. В глибоких озерах шар епілімніону розташовується над шаром металімніону, а в мілких - може займати всю товщу води.
Металімніон - це шар води в озерах, в межах якого влітку, в період прямої стратифікації, температура різко знижується з ростом глибини, тобто в цьому шарі спостерігається явище температурного стрибка. Цей шар утрудняє процес вітрового перемішування, особливо наприкінці літа, коли температурний стрибок найбільш яскраво проявляється. Металімніон складає зону розподілу поверхневих і глибинних вод, а також оберігає гіполімніон від впливу вітру.
Гіполімніон - це товща води, що знаходиться в озері нижче шару температурного стрибка. Гіполімніон має місце в глибоких озерах. В межах гіполімніону температура води мало змінюється на протязі року. Вона повільно підвищується від весни до кінця осені і звичайно не перевищує 40С. Гіполімніон характеризується уповільненим водообміном і повільним падінням температури від його поверхні до дна. Іноді виділяють верхню частину гіполімніона, що має назву мезолімніон, і глибинну, яка зветься батилімніоном.
Положення цих термічних шарів води залежить від метеорологічних умов і головним чином від ступеня нагрівання водної поверхні, характеру весни, а також від підвищення температур, сили й напрямку вітру.
10. Призначення водосховищ та їх типи
Водосховище - це штучно створена водойма для збереження води і регулювання стоку. Найбільшого поширення одержали водоймища, створювані в долинах природних водотоків будівництвом водопідпірних споруд (гребель, шлюзів і т.п.) На ділянці вище водопідпорної споруди (греблі) підвищуються рівні й акумулюються великі об'єми води, що використовуються для господарських цілей. Довжина водоймища дорівнює дальності поширення підпора від греблі рис. 5).
Рис. 5. Схема гідровузла:
1 - гребля, 2 - гідроелектростанція, 3 - трикамерний шлюз.
Водоймища класифікують по ряду ознак. Виділяють п'ять основних типів водоймищ: рівнинні, передгірні, гірські, озерні, наливні.
Рівнинні водоймища характеризуються наступними ознаками: щодо великою площею поверхні води, невеликими максимальними (15-25 м) і середніми (звичайно 5-9 м) глибинами, невеликим спрацюванням (у межах 2-7 м), інтенсивними процесами переробки берегів, складених здебільшого пухкими розмивними породами. Ці водоймища, як правило, мають велику ємність і використовуються комплексно.
У результаті підйому рівня води, викликаного спорудженням греблі на рівнинних ріках, для яких характерні невеликі ухили, затоплюються великі площі, у тому числі цінні для сільськогосподарського виробництва заплавні землі, луки, пасовища, а також ліси, виникає необхідність переносу населених пунктів і важливих об'єктів. Внаслідок підвищення рівня ґрунтових вод відбувається підтоплення значної частини пов'язаною з водоймищем території. Крім того, при спорудженні водоймищ на рівнинних ріках утворяться мілководні ділянки, що, не представляючи інтересу з погляду регулювання стоку через їхній малий об'єм, істотно збільшують утрати води на випар, а також схильні заростанню, заболочуванню, замуленню, негативно впливають на якість води у водоймищі. Тому нормативні рівні й об'єм рівнинних водоймищ лімітуються різними умовами і призначаються на основі техніко-економічного аналізу. До цього типу водоймищ можна віднести Печенізьке, Каховське й ін.
Водоймища передгірних і плоскогірних областей характеризуються великими глибинами (до 70-100 м і більше), значним спрацюванням (до 10-20 м), порівняно невеликою інтенсивністю переробки берегів, незначним затопленням і підтопленням території.
Для гірських водоймищ характерні великі глибини (нерідко більш 100 м) і спрацювання (до 100 м і більш). Затоплювана площа, підтоплення, переробка берегів, фільтрація з водоймища незначні. Поперечний профіль долини гірських рік звичайно збігається з річищем, він може мати вид вузького каньйону; схили берегів круті, нерідко східчасті, річище слабозвивисте, без заплави; при спрацьовуванні водоймища площа поверхні води змінюється плавно. У цих умовах для створення великої ємності необхідно зведення високої греблі. Гірські ріки мають великі ухили і швидкості плину води, транспортують великі фракції наносів, що приводить до замулення водоймищ. До цього типу відносяться більшість водоймищ Східного Сибіру і Далекого Сходу, деякі водоймища Криму, Карпат, Уралу, Кавказу і Центральної Азії (рис. 6).
Рис. 6. Схема дериваційної гідроелектростанції.
Озерні водоймища створюють шляхом спорудження греблі на річці, що витікає з озера, і підпор, викликаний греблею, поширюється на озеро. Перевага цих водоймищ полягає в тому, що при незначному підпорі і невеликій площі затоплення земель у них можна акумулювати великі об'єми води.
До водоймищ озерного типу відносять Іркутське, Бухтарминське, Верхньо-Свирське й ін.
Наливні водоймища частіше усього споруджують шляхом використання природних улоговин і обвалування понижених ділянок територій поблизу річки. Застосовують їх головним чином при зрошенні земель і будівництві гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). В якості прикладів такого типу водоймищ можна назвати Велике на Великому Ставропольському каналі, Катта-Курганське поблизу р. Зеравшан, Хаузханське на Каракумському каналі, Тбіліське й ін.
Водоймища класифікують також по площі водної поверхні й об'єму.
Штучну водойму невеликих розмірів і площею водяної поверхні менше 1 км2 називають ставком.
Існують і інші класифікації водоймищ; по глибинах, конфігурації, термічному режиму і т.д.
11. Основні складові об'єму і нормативні рівні водоймищ
Параметри водоймища, що визначають його розміри, встановлюють на основі водогосподарчого розрахунку. При цьому об'єм води у водоймищі прийнято підрозділяти на мертвий і корисний.
Мертвий об'єм - це постійна частина повного об'єму водоймища, що у нормальних умовах експлуатації не спрацьовується й у регулюванні стоку не бере участь.
Рівень поверхні води, що обмежує цей об'єм зверху, називають рівнем мертвого об'єму (РМО). При наявності в греблі донних отворів мертвий об'єм ділиться на об'єм нижче порога отворів, що не спрацьовується самопливом, і об'єм вище отворів, що при необхідності (у виняткових умовах) може бути частково спрацьований.
Корисний об'єм - основний об'єм водоймища, який безпосередньо використовується для регулювання стоку. Він розташований вище РМО й обмежений зверху нормальним підпірним рівнем (НПР), тобто найвищим проектним підпірним рівнем верхнього б'єфа, що може підтримуватися в нормальних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень.
За допомогою штучної греблі створюється різниця рівнів води перед греблею і за нею (рис. 7).
Рис. 7. Схема створення напору води.
Водний простір перед греблею називається верхнім б'єфом 1, а за греблею - нижнім б'єфом 2. Різниця рівнів б'єфів є напором установки. Чим вище гребля, тим більше напір (рис. 8).
Рис. 8. Схематичний розріз гідроелектростанції:
1 - турбіна, 2 - генератор, будівля гідростанції, 4 - затвори, 5 - міст, 6 - глуха земляна гребля, 7 - водозливна бетонна гребля.
Повний об'єм водоймища відповідає оцінці НПР і дорівнює сумі корисного і мертвого об'ємів.
Підпірний рівень вище нормального, що тимчасово допускається у верхньому б'єфі в надзвичайних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень, називають форсованим підпірним рівнем (ФПР). Він обмежує зверху об'єм води, що знаходиться у водоймище вище НПР, що називають форсованим (або протиповіневим) об'ємом ФПР.
Головна задача водогосподарчого розрахунку водоймища - визначення корисного об'єму \/кор і вибір оцінки НПР. Корисний об'єм - це робочий об'єм водоймища, призначений для регулювання стоку з метою гарантованого забезпечення споживачів водою. Він залежить від призначення водоймища, тривалості регулювання (добове, сезонне, багаторічне) і знаходиться шляхом зіставлення розрахункового стоку і сумарного водоспоживання.
Корисний об'єм має визначальне значення при обчисленні оцінки нормального підпірного рівня, на вибір якої впливають особливості створу греблі і ложа водоймища. Стосовно до НПР розраховують гідротехнічні спорудження, що забезпечують роботу водоймища, їхні габарити і розміщення, встановлюють економічні показники регулювання стоку, збиток, що наноситься народному господарству затопленням, підтопленням і переробкою берегів. Остаточно НПР приймають у результаті техніко-економічного зіставлення різних варіантів.
Мертвий об'єм і відповідний йому РМО визначають з обліком ряду умов. На річках, що транспортують велику кількість наносів, мертвий об'єм необхідний для акумуляції твердого стоку, щоб запобігти зменшенню корисного об'єму протягом розрахункового терміну служби водоймища.
На водоймищах, використовуваних для комунально-побутового водопостачання і рибного господарства, головними чинниками, що визначають мертвий об'єм і РМО, є санітарно-технічні вимоги й умови забезпечення необхідної якості води. Відповідно до цих умов, середня глибина води у водоймищі при РМО повинна бути більше 2,5 м, а площа мілководдя з глибинами менше 2 м - не більше 30...35% поверхні води водоймища.
При транспортному використанні водоймища РМО визначають, як мінімальний навігаційний рівень, що забезпечує необхідні глибини для судноплавства.
У водоймищах для комунального і промислового водопостачання, зрошення, обслуговування ТЕС і АЕС РМО визначають з умов нормальної безперебійної роботи водозабірних споруджень при мінімальних рівнях води.
Для гідроелектростанцій РМО відповідає глибина спрацювання водоймища, при якій забезпечується максимальне вироблення електроенергії.
Форсований об'єм Vфпр створюється шляхом форсування рівня води у водоймище вище НПР в період високих повеней або водопілля, щоб запобігти повені в нижньому б'єфі. Тому його називають іноді противоповеневим. Оцінка форсованого підпірного рівня (ФПР) залежить від максимальних витрат води розрахункової забезпеченості, гідрографа повені, розмірів і розміщення скидних споруд. Звичайно перевищення НПР при форсуванні складає 20-70 см, при проходженні ж повеней розрахункова повторювальність яких у середньому складає 1 раз у 1000 років (р=0,1%) або 1 раз у 10000 років (;про=0,01%), форсування може досягти 1-3 м. Необґрунтоване перевищення НПР приводить до додаткового, хоча й короткочасного, затоплення і підтоплення території, завдає шкоди сільському господарству, несприятливо відбивається на роботі гідротехнічних споруд і об'єктів народного господарства, що виявляються в зоні впливу водоймища. Тому розмір і тривалість форсування рівня води у водоймищі повинні бути економічно обґрунтовані.
При регулюванні стоку змінюється режим водотоку не тільки вище греблі, але й у її нижньому б'єфі: зростають межені і зменшуються витрати і рівні в період паводків і водопілля, збільшуються амплітуда і частота коливань рівнів, особливо при добовому і тижневому регулюванні, змінюються термічний і зв'язаний із ним льодовий режими нижче греблі, більш інтенсивно протікають руслові процеси і т.д. У зв'язку з цим при водогосподарчих розрахунках нормуються також витрати і рівні в нижньому б'єфі водоймищ.
У період пропуску водопілля та повеней у нижньому б'єфі лімітують максимальний рівень, щоб не допустити повені. У той же час у цей період повинно бути передбачене надходження в нижній б'єф таких витрат води, при яких забезпечується і підтримується протягом визначеного терміна затоплення заплавних косовиць, а також нерестовищ риби.
Нормують мінімальні добові рівні води нижче греблі в створах промислово-питних і зрошувальних водозаборів, при яких забезпечується не тільки безперебійний забір води, але і необхідна її якість.
Підвищене спрацьовування води з водоймища, добова і тижнева нерівномірність у його роботі погіршують умови сільськогосподарського використання земель, наносячи збиток рибному господарству, утрудняють роботу водного транспорту, активізують руслові процеси в нижньому б'єфі. Для згладжування цих негативних наслідків передбачають обмеження внутрішньодобових коливань рівня нижнього б'єфа і питомих скидових витрат.
Основні параметри водоймища, що визначають його розміри, повинні бути технічно й економічно обґрунтовані. Оптимальні параметри вибирають на основі зіставлення народногосподарського ефекту регулювання стоку з капітальними вкладеннями на будівництво гідротехнічних споруджень, заходи щодо інженерного підготування території, відшкодування збитку від затоплення і підтоплення, перенос або нове будівництво житлових будинків, виробничих і інших об'єктів, переселення населення і т.д. При цьому обов'язково повинні бути враховані питання комплексного використання водяних ресурсів і їхньої охорони, соціологічні й екологічні аспекти наслідків регулювання стоку, можливості зміни режиму і розширення функцій водоймища в перспективі.
ДОПИТЛИВИМ НА ДОДАТОК
На земній кулі є немало своєрідних озер, які чимось відрізняються від іншої маси водойм. Ці дивовижні озера розкидані по планеті, і в їхньому розподілі по Землі немає жодної закономірності, як немає цього і щодо ознак, за якими вони виділяються в окрему групу.
Здебільшого такі озера відображають якісь місцеві особливості, властиві тому чи іншому району. Як правило, вони не є типовими. Ось деякі з них.
ВОСЬМЕ ЧУДО СВІТУ
«Якщо хочете побачити восьме чудо світу, - кажуть туристам індонезійці, - то не шукайте його в якихось інших краях. Це чудо є у нас, в Індонезії, на острові Флорес».
Щоб побачити це «чудо», треба зійти на шпиль гори Калімуту. Звідти справді відкривається чарівне видовище. Подивившись в один бік - побачиш озеро з водою білою, як молоко, кинеш погляд в інший бік - перед тобою, як на долоні постане криваво-червоне озеро, а ще повернешся - і не зможеш відірвати очей від чудесного озера блакитнувато-зеленого кольору. Зорові враження змінюються як у калейдоскопі! Дивишся і не віриш очам своїм - усе ніби відбувається не вочевидь, а в казковому сні! Така рідкісна гама барв викликає подив і захоплення.
Учені розгадали таємницю «восьмого чуда світу». Усі три різноколірні озера лежать у кратерах згаслих вулканів. Різного забарвлення їхнім водам надають розчинені солі мінералів. У червоний колір воду зафарбовують сполуки заліза, а в білий колір і блакитно-зелений - різні сполуки сірки.
ОЗЕРО З НАЙДОВШОЮ НАЗВОЮ В СВІТІ
Є на світі озеро з незвичайно довгою назвою. Воно міститься в США, на території штату Масачусетс. Власне кажучи, це невелике озеро і, мабуть, нічим особливим не відрізняється від інших озер штату, крім своєї малозрозумілої, надто довгої назви, в якій понад сорок літер. Розміркуйте самі: чартоггагоггманчауггагоггчаубунагунгамаугг. Одразу запам'ятати її дуже важко, треба добряче потренуватися.
Неважко здогадатися, що назву озеру дали не європейці, а колишні корінні мешканці цієї країни - індіанці. І означає воно не просто набір якихось звуків, а має цілком певний зміст, приблизно такий: «Ви ловите рибу на своєму боці, ми на своєму, ніхто не ловить риби на середині озера».
Усе граничне ясно: назва озера водночас є і договором між сусідніми племенами індіанців.
ОЗЕРО СМЕРТІ
У Сицилії є озеро Смерті, яке вважається «наймертвішим» на нашій планеті. На його берегах немає рослинності, а в водах ніякого життя. Мало того, будь-яка жива істота, потрапивши в цю водойму, вмить гине.
Чому ж воно таке смертоносне?
Коли хіміки зробили аналіз води, виявилось, що в ній багато сірчаної кислоти. Як же вона потрапила сюди? Спершу припускали, що озерні води розчиняють якісь невідомі породи і за рахунок цього збагачуються кислотами. Але потім встановили, що постачальником кислоти є двоє джерел, які нуртують на дні водойми.
ОЗЕРО, В ЯКОМУ РОСТЕ ....... КАМІННЯ
Серед просторів Кулундинського степу Алтайського краю поміж багатьох прісних і солоних водойм є озеро Малинове. Воно має одну особливість, яка завжди викликала гостру цікавість у всіх, хто бував на його берегах і слухав розповіді місцевих мешканців, схожі на вигадку чи казку.
Було помічено, що в озері Малиновому росте ..... каміння. Росте звичайнісіньким чином: там, де його раніше не було, воно з'являється, а каміння малих розмірів перетворюються в велике.
Місцеві жителі виламують каміння, що виросло, і використовують його як будівельний матеріал. Загадковий ріст каміння в давнину пояснювали діями чаклунської сили. Таємницю Малинового озера розгадали після того, як вивчили хімічний склад озерних і підземних вод.
Виявилось, що вода в озері насичена солями магнію, а вода, яка живить його з підземних горизонтів, містить соду. Ці два розчини вступають між собою в хімічну реакцію, і в результаті виходить тверда маса.
ОЗЕРО З ПЕРВІСНОЮ ВОДОЮ
Мова піде про озеро Овретан, що неподалік від міста Осло в Норвегії. Коли підводники обстежили донну частину цього озера, вони знайшли тут ділянку з водою, позбавленою кисню; ця вода збереглася від часу останнього обледеніння. Отже, вік її близько 10 000 років.
Як це встановили ?
У “викопній” воді виявили залишки представників фауни і флори льодовикового періоду, які чудово збереглися. Потрапити сюди ззовні вони ніяк не могли, значить, дістались озеру Овретан у спадщину від льодовикової епохи.
ПРИРОДНИЙ ТЕРМОС ?
Озеро Ванда - найдивовижніше озеро Антарктиди. Товщина криги, яка вкриває озеро, дорівнює 4 метрам. Під нею залягає шар прісної води, а під ним - солоної, причому солоність її вища, ніж у морської. Температура води і повітря в цьому районі завжди від’ємна. Морози взимку досягають 40 - 50 градусів, а біля дна, на глибині близько сімдесяти метрів, вода тепла: 25 - 27 градусів вище нуля.
Температуру води міряли багато разів і в різні години доби, але показання термометра не змінювались: на дні озера було тепліше на кілька десятків градусів порівняно з температурою повітря.
Звідки в озері могло взятися тепло, коли довкола панує лютий холод? Це здавалось дивовижним і незбагненим, тим більше, що жодних теплих джерел на дні водойми не виявили.
І тоді у вчених сяйнув здогад - а чи не є озеро Ванда гігантським природним термосом?
Його води кришталево чисті й прозорі. У них немає найдрібніших живих організмів, які населяють водойми більш теплих районів Землі і роблять їх каламутними. Вітер також ніколи не скаламучує води, захищеної товстим покровом криги, а тому частки мулу і ґрунту не плавають у воді, а давно осіли на дно.
Крізь лід і чисту прозору воду легко пробивається сонячне проміння і нагріває глибинні шари. А оскільки вода в озері на самому дні солона і, отож, значно важча, то вона залишається внизу, навіть нагріта. Такої думки дотримується більшість дослідників.
ОЗЕРО, ЯКЕ...... ВИБУХАЄ
Немовби коштовний сапфір в оправі з зеленого тропічного лісу, лежить у джунглях південної частини Гани, найбільше озеро цієї країни - Босумтві.
Це озеро має форму правильного кола, немовби хтось велетенським циркулем обвів коло і викопав тут яму діаметром сім кілометрів і близько чотирьохсот метрів завглибшки.
Колір озерної води голубуватий, він приємно тішить зір. Там, де немає поселень, аж до самої води спускаються густі джунглі.
З озером пов'язано багато легенд, переказів та звичаїв місцевих мешканців.
Незвичайна сама назва водойми. На ганській мові «Обосуме» означає «бог», а «Тві» - його ім'я. Отже, Босумтві - озеро цього бога. Тві - бог антилоп. Однак, на противагу цим мирним тваринам, він - лихий і жорстокий. Коли бог гнівається, людині стає зле: то затопить її житло, прожене рибу в глибочінь, то влаштує вибух на озері і занапастить усе живе.
Час від час з озером справді коїться щось дивне. Тихе і спокійне, воно раптом «вибухає». У глибині з великим шумом немовби лопається великий пухир. Угору підкидаються каскади води, на поверхні здіймається велике хвилювання. Від такого вибуху гине багато риби. Потім усе заспокоюється.
Не дивно, що в давні часи це незвичайне явище аборигени пояснювали проявом надприродних сил, уособлюваних богом Тві.
Що ж вимагали від цих людей, коли загадкового явища ніхто до ладу не може пояснити навіть у наш час.
Припускають, що на дні водойми - а глибина її дуже велика - в потужному шарі відкладень відбувається розпад органічних речовин, при цьому виділяються гази. Коли газів нагромадиться багато, вони вириваються з глибин водойми, створюючи подобу вибуху.
Треба сказати, що озеро Босумтві - суцільна загадка для географів. Чому воно таке кругле, яке його походження ? Що до цього немає одностайної думки.
Одні твердять, що озерна улоговина утворилася від вибуху під час падіння на землю велетенського метеорита. Та для утворення такої величезної западини треба, щоб метеорит мав діаметр близько трьох кілометрів і рухався зі швидкістю приблизно тридцять кілометрів на секунду. Нічого подібного досі не спостерігалося, та й навряд чи таке взагалі можливо. А найголовніше - у районі розташування озера і досі не знайдено жодних слідів метеорита.
Деякі вчені гадають, що в цьому місці з поверхню землі зіткнулась антиречовина. В результаті стався велетенський вибух, який не залишив після себе жодних уламків і осколків.
Є, нарешті, ще одна гіпотеза, мабуть, найправдоподібніша: озеро виникло внаслідок вулканічної діяльності. Воно міститься в гірському районі і, можливо, займає дно зруйнованого конуса вулкану. Рівень води в озері поступово підіймається, і за останні десятиріччя площа водної поверхні трохи збільшилась.
Поступовий наступ озерних вод на сушу спричинив до того, що з сорока прибережних населених пунктів на узбережжі вціліло близько двадцяти. Зараз люди побоюються жити на берегах озера, вважаючи за краще селитися вище в горах.
Прибічники вулканічної гіпотези походження озерної улоговини вважають, що процеси гороутворення тут ще не закінчилися. Район озера поступово підвищується, причому ложе водойми, можливо, підіймається швидше, ніж схили улоговини. Цим і пояснюється затоплення суші.
Цей район і саме озеро ще погано вивчені. Поверхневі зйомки місцевості проводилися приблизно піввіку тому. Наукових експедицій до озера майже не було.
ДИВОВИЖНЕ ОЗЕРО
Поблизу Кольського півострова, на острові Кільдін, є невелике озеро Могильне, завглибшки приблизно 18 метрів. Від моря його відділяє гравійно-піщана перемичка; рівень води в озері трохи вищий, ніж у моря, а тому відбувається постійний водообмін через згадану перемичку.
Озеро, наче листовий пиріг, ділиться на п'ять цілком самостійних, несхожих один на одного ярусів, чи поверхів. Горішній, п'ятий поверх займає прісна вода, холодна і прозора. Тут багато найрізноманітніших мешканців, типових для водойм Арктики.
На третьому поверсі також вирує життя. Вода - блакитна, прозора, солона. Фауна і флора - типово морські. Актинії, морські рачки, зірки, їжаки. Але тут уже не знайдеш мешканців горішнього ярусу.
Шар між третім і п'ятим поверхами займає проміжне становище, щось на зразок перехідної зони.
У другому поверсі панує якась особлива напівтемрява. Вода насичена мікроскопічними істотами, бактеріями пурпурового кольору, які надають воді вишнево- рожевого відтінку. Бактерії надто життєздатні, вони жадібно поглинають сірководень, який у великій кількості підіймаються з дна водойми, і окисляють його. А тому смертельний для всього живого газ затримується і не надходить на третій поверх.
Найнижчий поверх заповнений рідким мулом. Тут відбуваються процеси життя органічних решток, які опускаються із горішніх поверхів. Це «мертвий» шар, бо в ньому немає живлющого кисню: йому нізвідки взятися: газообміну з атмосферою не відбувається, зате сірководню більш ніж досить.
Могильне - давнє озеро, яке пережило кілька геологічних епох. Про це свідчать окремі види тварини, давно зниклих у сусідньому Баренцовому морі.
Хоч озеро і не з'єднується з морем, але на ньому в зменшеному вигляді відбуваються припливи і відпливи. Незрозуміле: як і чому виникло це озеро, чому воно, наче листовий пиріг, ділиться на шари, чим пояснюється їхня виняткова стійкість ? І ще - чому воно називається Могильним ? Адже всі його поверхи заселені!
При підготовці теми в якості літератури можна скористатись , розміщеним у кінці робочої програми курсу.
