Гидрологический режим и водный баланс озера Белое.pdf ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОЗЕРАОзеро Белое расположено в бассейне р. Сереж,являющейся притоком р. Чулым. Окружающая мест-ность представлена массивом озер и болот, располо-женных в слабохолмистой лесостепи, переходящей наюге и западе в горно-таежную область отрогов Куз-нецкого Алатау Северный и южный берега озера низ-кие, заболоченные, заросшие камышом и тростником.Западный берег озера гористый, обрывистый, покрытсмешанным лесом. Восточный берег представляетсобой холмистую степь с пахотными угодьями и кур-тинами лиственных деревьев и кустарников.Озеро представляет собой вытянутый и несколькоискривленный эллипс, длинная ось которого на севе-ре отклоняется к западу, на юге - к востоку. Площадьводосбора озера равна 1510 км2. Длина озера - 1 8 км,наибольшая ширина составляет 5 км, глубина - околотрех метров. Площадь поверхности воды озера равна74,8 км2, объем - 196 млнм3. Берег слабо изрезан,длина береговой линии - 41 км.Ложе озера - блюдцеобразное, рельеф дна ровный.По характеру водообмена озеро Белое относится кпроточным озерам, в него впадают четыре реки и рядключей, а вытекает одна река Сереж (рис. 1).Климат в бассейне озера резко континентальный.Средняя годовая температура воздуха здесь изменя-ется от 0,4°С до -1,2°С. Температура воздуха самогохолодного месяца, января, колеблется от -16°С до -19,5°С, а самого теплого, июля, - от 17,2°С до 17,7°С.Устойчивый переход температуры воздуха через0°С весной обычно происходит в середине апреля, аосенью - в середине октября.Ветер в районе озера преобладает западных июжных направлений, его скорость обычно колеблет-ся в пределах 2-4 м/с. Наибольшие значения скорос-ти отмечаются в переходные периоды: весной - в ап-реле-мае и осенью - в октябре-ноябре. Величины ско-рости более 15 м/с наблюдаются по 2-4 дня почтиежемесячно.Наблюдения за уровнем и температурой воды уберега на озере Белое были начаты в августе 1933 г.В течение 1977-1988 гг. на акватории водоема Шары-повской экспедицией Красноярского УГМС произво-дились наблюдения за метеоэлементами, за испаре-Рис. 1. Температура поверхности водыоз. Белое 4 июля 1980 г.нием с помощью плавучего испарителя ГГИ-3000 иза температурой воды как на поверхности, так и поглубине.ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМПервые ледовые образования на озере наблюдают-ся в среднем 20 октября, а 27 октября уже устанавлива-ется ледовый покров. Период ледостава продолжается184 дня, а иногда и более 200 суток. Самое позднее за-мерзание отмечалось 19 ноября 1971 г. Полностью очи-щается поверхность воды от льда 13 мая. Период сво-бодный от ледяных образований составляет от 130 до189 дней, в среднем -160 суток (табл. 1).С момента образования ледового покрова его тол-щина быстро растет и к середине февраля достигает100 см, а к концу зимы в отдельные годы превышает140 см. Снежный покров на льду обычно невысокий(10-20 см), однако в первые месяцы ледоставногоТ а б л и ц а 1Средние многолетние характеристики ледовых явлений на оз. БелоеХарактеристика Дата началаледообразования Дата ледостава Дата очищенияот льдаПродолжительность периодаледостава свободного от льдаСредняя 20.10 27.10 13.05 184 160Ранняя (наибольшая) 1.10 12.10 26.04 229 189Поздняя (наименьшая) 6.11 19.11 31.05 150 130периода (ноябрь-декабрь) его высота может быть зна-чительной и достигать 40-50 см.ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ОЗЕРАТермический режим озера не отличается значи-тельными особенностями. Начало периода весеннегонагревания приходится на конец марта - начало апре-ля, когда устанавливается положительный тепловойпоток. В это время начинается уменьшение толщиныльда на озере, а температура подо льдом может повы-шаться до 0,4-0,5°С [6]. Нагревание поначалу идетмедленно, но после очищения поверхности воды отльда (в среднем 13 мая) температура воды повышает-ся очень быстро, и уже 15 мая ее значения у берегапереходят через 4°С (табл. 2).После окончательного перехода температуры водычерез 4°С начинается период летнего прогревания иуже 29 мая значения температуры воды переходят че-рез 10°С. Нагрев продолжается, в среднем, до концавторой декады июля, а наибольшая температура водыдостигает 29°С. Характер распределения температу-ры поверхности воды в период наибольшего нагревапредставлен на рис. 1.Характерной особенностью периода летнего про-гревания является наличие прямой температурнойстратификации, которая время от времени нарушает-ся воздействием ветра. В этом случае вертикальныеградиенты температуры воды резко уменьшаются,иногда до 0°С/м. При штиле и ясной погоде нагрева-ние поверхности воды идет очень интенсивно. В этомслучае градиент температуры воды по глубине можетпревышать 2°С/м. Так, 4 июля 1980 г. различие значе-ний температуры воды на поверхности и у дна соста-вило б°С, градиент при этом был равен 2,4°С/м.После того, как тепловой поток на поверхностиозера становится отрицательным, начинается периодохлаждения. При этом отметим, что с ранней весны идо сентября продолжается аккумуляция тепла грунта-ми, слагающими дно озера. При температуре водыменее 16°С охлаждение происходит в условиях близ-Даты перехода температуры во;ких к гомотермии. Окончательный переход значенийтемпературы воды через 4°С происходит 9 октября.20 октября на озере появляются первые ледовыеобразования, а 27 октября устанавливается прочныйледовый покров. С этого момента начинается повыше-ние температуры воды подо льдом в связи с теппопри-током ог грунтов дна в воду. При этом температура водыу дна может превышать 3°С. Затем до начала весны вдетмедленное понижение температуры воды подо льдом.ИСПАРЕНИЕ С ПОВЕРХНОСТИ ОЗЕРАИспарение с поверхности водоемов является од-ним из важных компонентов расходной части уравне-ния водного баланса. Доля испарения при значитель-ной площади водной поверхности, по сравнению сдругими компонентами, может быть велика.Для оценки испарения чаще всего используютсяэмпирические и полуэмпирические формулы, осно-ванные на использовании данных гидрометеорологи-ческих наблюдений.Обычно испарение с озер (Е, мм), в соответствиис работами [2-5,7], рассчитывается по формуле ГГИ:Е = 0,14-ту (ео - е2) (1 + 0,72-W2), (1)где ео - максимальное парциальное давление водяно-го пара, определенное по температуре поверхностиводы в озере, гПа; е2 - парциальное давление водяно-го пара в воздухе на высоте 2 м над поверхностьюводы, гПа; W, - скорость ветра над озером на высоте2 м, м/с; г) - количество суток в расчетном периоде.Температура поверхности воды озера Белое намиопределена по полученной связи между средней тем-пературой поверхности воды озера (ТД определеннойпо данным термических съемок, и температурой водыу берега (Tj), по данным водомерного поста Корнило-во. График связи имеет вид прямой линии (рис. 2),теснота связи характеризуется коэффициентом корре-ляции, равным 0,99, а уравнение выгладит следующимобразом:Т а б л и ц а 2через фиксированные градацииХарактеристикаДаты перехода значений температуры воды через градациивесной осенью0.2°С 4°С 10°С 10°С 4°С 0.2°ССредняя 30.04 15.05 29.05 20.09 9.10 27.10Ранняя 9.04 23.04 11.05 4.09 29.09 11.10Поздняя 17.05 5.06 25.06 6.10 6.11 16.11Рис. 2. Зависимость средней температуры поверхности озера оттемпературы поверхности воды на береговых постах: 1 -Корнилове; 2 - БелоозерскоеТ О= 19, 1-Т1, -0,' 7. (2)Эмпирическая зависимость парциального давле-ния водяного пара в воздухе на высоте 2 м над повер-хностью воды (е2) от парциального давления водяно-го пара (е,), измеренного на метеорологической стан-ции Шарыпово, находящейся в 20 км к западу от озе-ра, получена на основании полевых и экспедицион-ных исследований Шарыповской экспедиции и НИП"ЭПРИС". Аналитическое выражение этой зависимо-сти имеет вид:е2 = 0,0132-е,2 + 0,537-е, + 4,25. (3)W ^ - K ^ - W , , (4)W2 - 1,24-W,.По данным экспедиционных исследований, отно-шение средней скорости ветра за период наблюдений,измеренной на высоте 2 м над водной поверхностью,к средней скорости ветра за этот же период, измерен-ной на метеорологической станции Шарыпово, равно1,24, что подтверждает субъективную оценку коэффи-циента в формуле (5).В формуле Р.И. Гета [1]Е = (0,183 - 0,00072-Т)-(ео - е2) W20-881, (6)где Т = 0,5-(То + Т2), То - температура поверхностиводы озера, Т2 - температура воздуха на высоте 2 мнад водной поверхностью, которая нами определенапо зависимостиТ2= 0,949-Т, + 1,6 (7)от Т, - температуры воздуха на метеорологическойстанции Шарыпово.Теснота связи по уравнению (7) характеризуетсякоэффициентом корреляции 0,99, а разница междуфактическими и рассчитанными значениями темпе-ратуры воздуха над озером находится в пределах от -0,6 до +0,8°С и не превышает 5,2%.Имеющиеся данные позволили установить эмпи-рическую связь между значениями испарения на пла-вучем испарителе (Ео) и показаниями испарителя ГГИ-3000, установленного на суше в г. Назарове (Ен). Тес-нота полученной прямолинейной связи характеризу-ется коэффициентом корреляции 0,99 (рис. 3), а урав-нение имеет вид:120Индекс корреляции этой зависимости, как мератесноты связи, равен 0,95.При определении скорости ветра над водной по-верхностью нами использован общепринятый метод[2, 4, 5, 7], при котором скорость ветра на высоте 2 мнад водой (Wj), определяется по уравнению100S01I8* 60где W, - скорость ветра на метеостанции Шарыпово пофлюгеру, м/с; К, - коэффициент, учитывающий степеньзащищенности метеорологической станции; К^ - коэф-фициент, характеризующий рельеф вместе расположе-ния станции; К, - коэффициент, зависящий от среднейдлины разгона воздушного потока над водоемом и за-щищенности берегов водоема растительностью.Для условий озера Белое формула (4) выглядитследующим образом:40200 - з а месяц - з а д е к а ду-г-20 40-Г"аз-Г"80-I-100Испарение с испарителя в грунте, мм(5)Рис. 3. Связь значений испарения с водной поверхностииспарителей, установленных в Белом озере и в грунте натерритории г. НазаровоЕ=1,59-Ен+1,21. (8)Для определения испарения с водной поверхнос-ти озера Белое уравнение (8) запишется следующимобразом:Е-1,54-^+1,17. (9)Формула (9) пригодна для расчетов испарения споверхности водоема с июня по сентябрь. В табл. 3приведены значения испарения с поверхности водыозера Белое, рассчитанные по разным формулам.Т а б л и ц а 3Средний слой испарения с поверхности оз. Белое,за 1979-1989 гг., ммФормула VI v n v in IX Сумма(1) 120 145 112 50 427(2) 123 141 108 52 424(9) 131 137 113 73 454Сравнение полученных значений испарения позво-ляет суцить о достоверности рассчитанных парамет-ров, входящих в формулы (1) и (6), и дает основаниесчитать правильными расчеты, выполненные по фор-муле (1).ВОДНЫЙ БАЛАНС ОЗЕРАОсновной задачей данной работы является оценкапритока подземных вод в озеро в связи с проектируе-мым водозабором из месторождения подземных вод,расположенного неподалеку ог водоема, для водоснаб-жения г. Шарыпово. Средством для определения дан-ного параметра является уравнение водного баланса.Уравнение водного баланса запишем в следующемвиде:П + Пг + 0 - П - И ± А =П ±Н, (10) о о р о п 7 4 'где По - основной приток, П6 - приток с неизученнойчасти водосбора, Пл - приток подземных вод, О - осад-ки на зеркало озера, Пр - поверхностный сток воды изозера, И - испарение с поверхности озера, Ао- акку-муляция воды в озере, Н - невязка баланса.Основной приток воды в озеро определен нами посумме расходов воды рек, впадающих в водоем, накоторых на период расчета имелись наблюдения. До1988 г. поверхностный приток регистрировался с пло-щади 1070 км2, с 1988 г. - с площади 846 км2.Оценка притока с неизученной площади водосбо-ра производилась по среднему арифметическому мо-дулю стока рек. Достоинством этого способа являет-ся то, что все реки-аналоги имеют одинаковый вес.При расчете стока с неизученной площади форму-лы выглядят следующим образом:Q6 = 0,133Qt+ 1,533-Q2 + 2,319-Q3 (11)и начиная с 1988 г.:Q6 = 0,243-Q4 + 2,134-Qj + 3,241 Q3, (12)где Q6 - сток с неизученной площади; Q , Q2, Q3 и Q4 -средние месячные расходы воды на реках: Ужур -д. Можары, Можарка - д. Можары, р. Шушь -д. Шушь и Ужур - д. Локшино соответственно.Известно, что над водной поверхностью водоемовосадков выпадает меньше, чем над сушей, но разли-чия в их суммах не превышают 5-6%, что находится впределах общей точности измерений. Полагая, что дляозера Белое это различие столь же незначительно, ко-личество осадков на поверхность озера определенонами как среднее арифметическое из показаний 7 стан-ций и постов, расположенных неподалеку от водоема.Сток воды из озера регистрируется на р. Сереж уд. Корнилово. Пост расположен в 300 м ниже водо-пропускного устройства Рыбводхоза, которое регули-рует сброс воды из озера.Сток воды из озера за месячный интервал време-ни определяется по формулеП =0,0864-ti-Qk, (13)где Пр - объем стока воды за месяц, млн м3; QK - сред-ний месячный расход воды на посту Корнилово, м5/с;т] - число дней в месяце.Испарение (мм) с поверхности воды озера полу-чено нами по формуле ГТИ (1).Исходные величины для формулы (1) включающиепарциальное давление водяного пара на высоте 2 мнад водой и скорость ветра над водной поверхностью,определены по эмпирическим связям, установленныммежду фактическими значениями указанных перемен-ных над водной поверхностью и измеренными на ме-теорологической станции Шарыпово, расположеннойв 20 км к западу от озера. Температура поверхностиозера получена по зависимости от температуры воды,измеренной у берега.Значения испарения со снега (И, мм) получены поформуле П.П. Кузьмина [2, 4,7]:И = ту(0,18 + 0,10-W10) (е0-е2), (14)где все обозначения те же, что и в формуле (1), но ис-ходные данные приняты по метеостанции ШарыповоОценка изменений объема воды в озере произве-дена по разности объемов воды, в начале и конце рас-четного периода. Для определения этих объемов намиполучены кривые площадей и объемов воды (рис. 4),основой для которых послужила батиметрическая кар-та озера масштаба 1: 10 000.По результатам приведенных расчетов составленмноголетний водный баланс озера Белое (табл. 4). Приэтом подземный приток определен как остаточныйчлен уравнения водного баланса. В среднем годовойприток подземных вод равен 100 мм, или 0,24 м3/с.Конечно, полученные величины параметров вод-ного баланса требуют уточнения. Для этого необхо-димы детальное обследование всего водосбора озера,инвентаризация всех имеющихся водотоков и органи-зация ряда гидрометеорологических наблюдений.20 30 40 50 60 70Площадь, км2Рис. 4. Кривые зависимостей объема иплощади водной поверхности Белого озераСредний многолетний водный баланс озера Белое за 1977-1990 гг., миТ а б л и ц а 4МесяцХарактеристикаОсновнойпритокПритокенеизученнойплощадиОсадки Сток изозера ИспарениеАккумуляцияв чашеозераПодземныйприпжЯнварь 24 21 16 56 5 0 0Февраль 18 17 12 43 2 1 -3Апрель 163 91 31 136 31 -136 18Май 66 53 46 177 31 17 26Июнь 61 52 63 138 122 78 6Июль 65 48 91 166 157 60 59Август 68 53 64 104 124 47 -4Сентябрь 48 30 43 92 57 30 -2Октябрь 36 34 42 88 6 -30 12Ноябрь 32 25 24 63 9 -6 -3Декабрь 22 20 19 56 4 -1 0Год 628 468 465 1171 560 60

Скачать электронную версию публикации