1. Класифікая озер

Озера класифікують за розміром, ступенем постійності, походженням котловин, характером водообміну, структурою водного балансу, термічним режимом, мінералізацією, умовами живлення водних організмів та іншими характеристиками.

За ступенем постійності озера бувають постійні та тимчасові. Особливим типом є озера, що значно змінюють свої розміри і мігрують в межах виположеного днища котловини.

За характером водообміну озера поділяють на стічні та безстічні. Серед перших особливо виділяються проточні — через які здійснюється транзитний стік річок. Бувають також періодично стічні озера.

Інші класифікації будуть розглянуті у відповідних частинах даного розділу.

На рівнинних територіях з великою кількістю озер може утворюватися специфічна гідрографічна сітка, яка представлена їх поєднанням з річками. Такі утворення називають озерно-річковими системами. В гідрологічному режимі цих систем поєднуються і трансформуються риси обидвох типів водних об’єктів. Можуть виникати також перехідні та специфічні види. Наприклад — антирічки, тобто частини річок між двома озерами, які, в залежності від співвідношення рівнів в них, можуть протікати у прямому та зворотному напрямках. Озера здійснюють регулюючий вплив на коливання водності річок. Вони можуть мати верхове, низове та каскадне розташування. В останньому випадку їх регулюючий вплив найбільший. Подібний вплив здійснюють також каскади водосховищ.

Існують різні за детальністю класифікації озерних котловин. Наведемо поділ, що враховує основний фактор їх походження (генетична класифікація).

Тектонічні котловини можуть бути розташовані у крупних текто-нічних прогинах, грабенах, тріщинах. До них відносяться найкрупніші озера світу.

Вулканічні — розташовані в кратерах згаслих вулканів, або в долинах підгачених лавою, вулканічними породами.

Льодовикові — пов’язані з сучасними чи давніми льодовиками. Льодовики виконують ерозійну (екзараційну), транспортуючу та акумулюючу роботу. Озера можуть бути пов’язані з діяльністю льодовикових вод у давніх прильодовикових районах. Вони також можуть бути пов’язані з сучасними льодовиками якщо вони, або їхні відклади перекривають долину річки, або розташовуючись на їх поверхні. Можна говорити також про льодовиково-тектонічні котловини озер.

Завальні котловини — утворюються внаслідок перекриття річкових долин крупними обвалами або зсувами. Подібними також є котловини пов’язані конусами виносу селевих потоків.

Гідрогенні — річкового та морського походження. Річкові це в основному заплавні (стариці, промоїни, просадки, дельтові та придельтові), а також плеса річок що пересихають. Морські — це лимани та лагуни (водні об’єкти перехідного типу).

Карстові — наземні та підземні. Бувають досить складної будови.

Термокарстові — у зоні багаторічної мерзлоти. Пов’язані з підтаюванням та просадкою мерзлих ґрунтів та порід. Як правило невеликі, округлої форми. Характерні для тундри.

Суфозійні — у невеликих заглибинах суфозійного походження. Більш характерні для степів.

Еолові — пониження серед барханів, або в улоговинах видування серед дюн затоплені річковими чи морськими водами. Зустрічаються на узбережжях морів, або в дельтах річок.

Метеоритні — такі що утворилися внаслідок удару метеориту або комети.

Органогенні (вторинні) — в межах торф’яного покладу боліт.

Морфометричні особливості котловин озер трансформують дію як зовнішніх (теригенних) так і внутрішніх (лімнічних) факторів на їх гідрологічний режим. Морфометричні показники відносяться до певних рівнів води і можуть бути поточними та середніми за багаторічний період. При складній будові котловини показники можна визначати як для всієї водойми, так і для характерних відносно відокремлених частин — озерних плес.

Площі водної поверхні (дзеркала) озера та об’єми води в ньому взаємопов’язані і залежать від рівнів (глибин) на певний момент часу. Їх прийнято відображати у вигляді кривих площ та об’ємів озера.

Довжиною озера (L км) називають найкоротшу відстань між двома найбільш віддаленими точками берегової лінії (урізу), виміряну по поверхні озера (поздовж його вісі).

Шириною озера (B км) називають відстань між протилежними частинами урізу виміряну по прямій, перпендикулярній вісі озера.

Термічний (температурний) режим озер залежить від особливостей клімату місцевості і їх теплового балансу. Він визначає розвиток багатьох гідрологічних процесів в них. Основним джерелами поступання тепла є пряма та розсіяна сонячна радіація, що складає до 90-98% приходу. У витратах переважає тепло, що іде на випаровування (45-75%). Ефективне випромінювання дзеркала озера може складати 25-35% витрат. Турбулентний обмін з атмосферою впливає на витрати у періоди пониження температур повітря відносно води. Існують класифікації озер за термічним режимом, які розробляються і деталізуються з кінця XIX століття. У 1895 році швейцарський лімнолог Ф.Форель поділив озера світу на три термічних типа:

1) полярні (температура на протязі року менше +4°С, зворотна температурна стратифікація, циркуляція влітку);

2) помірні (влітку температури перевищують +4°С, пряма температурна стратифікація; взимку температури менше +4°С, зворотна стратифікація; перемішування переважно навесні та восени під час гомотермії);

3) тропічні (температура на протязі року перевищує +4°С, пряма стратифікація, перемішування взимку).

Пізніше це класифікація була уточнена і розширена. Були добавлені субполярний та субтропічний тип.

За характером льодового режиму озера поділяють на чотири групи: 1) без льодових явищ; 2) з нестійким льодоставом; 3) зі стійким льодоставом; 4) з льодоводством на протязі всього року. Льодові явища на озерах третьої групи поділяються на три фази (як і для аналогічних річок): 1) замерзання; 2) льодостав; 3) скресання. Дослідження льодових явищ озер мають велике практичне значення. Взимку деякі з них можна використовувати як тимчасові дороги, аеродроми та ін.

В одних кліматичних (погодних) умовах крупні, глибокі озера замерзають інакше ніж малі та мілкі. Останнім необхідно лише декілька діб з від’ємними температурами повітря для того щоб утворився первинний льодовий покрив. Це відбувається в основному шляхом змерзання заберегів. При різкому похолоданні льодяна кірка може утворитися за одну ніч.

У великих озерах утворення льоду можливе лише після досить тривалого періоду переохолодження поверхневих шарів води. Вітер може зруйнувати молодий льодовий покрив. Тут можуть спостерігатися усі первинні форми льоду (див. 2.1). Потужні забереги називають припаєм. Утворення внутріводного льоду характерне для хвилеприбійних зон. Тут же виділяються особливі льодові утворення (явища): бризове зледеніння, льодові наплески, льодові вали (до 2-3 метрів), льодова галька утворена з шуги та інші. З накопиченням в озері льодового матеріалу може виникнути своєрідний осінній льодохід (під дією вітру).

Формування льодоставу починається на мілководдях та у затишних бухтах. На самих крупних озерах замерзання розтягається на 2-3 місяці, а на самих глибоких частинах льодостав може так і не утворитися.

Структура та потужність льоду під час льодоставу залежить від величини озера та конкретних умов розвитку льодових явищ у даному році. На великих озерах частіше зустрічається зернистий лід з торосами. Він утворюється від змерзання шуги та окремих крижин. Тороси в основному мають висоти до 2 м, але деколи і до 6 м.

В цілому можна виділити три основні форми озерного льоду:

1) водний — прозорий, кристалічної структури, утворюється при штилі;

2) водно-сніговий (наслуз) — мутний, білуватий, утворюється внаслідок змерзання води, що виступала по тріщинах, та снігу; до нього близький зернисто-шуговатий, що виникає при сильному хвилюванні;

3) сніговий — утворюється при підтаюванні та замерзанні снігу та льоду.

Як і для інших водойм, основними різновидами динаміки озер є хвилі, течії та перемішування.

Основними факторами розвитку вітрових хвиль в озерах є швидкість вітру, тривалість його дії, розгін, глибини на шляху розгону та конфігурація берегової лінії. Для характерних розмірів озер швидкість та напрямок вітру можна рахувати постійними (повітряні маси, що рухаються набагато більші ніж озера за площею) у кожен момент часу. Тому їх можна визначати за даними спостережень берегових метеостанцій. На крупних озерах вітер розвиває хвилювання до сталого за декілька годин (8-10 годин). Після припинення його дії хвилювання швидко затухає. Хвилі зибу утворюються рідкою. Максимальні висоти вітрових хвиль досягають 5-6 м (оз. Ладозьке, оз. Мічиган). На малих озерах вона складає до 0,5 м.

Течії в озерах відрізняються від океанічних своїми масштабами, ступенем постійності та системою діючих сил. Постійними можуть бути практично тільки стокові. Тим не менше різноманітність течій досить велика. За Т. Філатовою можна виділити такі їх види:

1) вітрові (дрейфові) — виникають у приповерхневих шарах і супроводжуються компенсаційними глибинними протитечіями;

2) хвильові (стоксові) течії — складова (особлива) частина дрейфових, пов’язана з поступальним рухом води одночасно з орбітальними рухами часток у хвилях;

3) сейшеві;

4) густинні — пов’язані з нерівномірним розподілом температури та мінералізації води;

5) стокові — викликані нахилом водної поверхні за рахунок притоку води в озеро, або стоку з нього;

6) бароградієнтні компенсаційні, спостерігаються при перекосах рівня внаслідок різниці атмосферного тиску на різні частини озера;

7) інерційні — існують після припинення дії сили, що викликала течію;

8) поздовжберегові вітрові та хвилеприбійні.

Структура водного балансу озер (співвідношення між основними складовими) залежить від природних умов, в яких вони знаходяться. Тому вона, як і водний режим, підкоряється закону географічної зональності. Озера вважають індикаторами клімату місцевості, його вікових змін. Багато їхніх характеристик залежить від цього. В областях достатнього і надлишкового зволоження як правило переважають та , хоча можуть існувати верхові озера, що живляться в основному опадами. В областях недостатнього зволоження зменшується кількість стічних озер, у витратній частині балансу переважає випаровування. У прихідній частині в залежності від особливостей клімату і питомого водозбору співвідношення притоку та опадів може бути різним. Притік і стік води у всіх зонах в основному здійснюється поверхневим способом. Озера зі значним підземним живленням або стоком зустрічаються рідко і для цього повинні бути особливі умови (причини).

За середньою мінералізацією вод озера поділяють на прісні (мінералізація до 1‰), солонуваті (1-25‰) та солоні (понад 25‰). Найменшу мінералізацію мають озера зони надлишкового та достатнього зволоження.

При зростанні мінералізації озер по мірі переходу від зволожених до посушливих областей (або по мірі засолення озер) відбуваються певні зміни їх сольового складу — метаморфізація вод.

В озерах поступово накопичуються наноси, розчинені речовини, рештки організмів. Все це призводить до утворення специфічних донних відкладів. Накопичення останніх у свою чергу призводить до змін форми котловин та гідрологічного режиму озер. Розрізняють автохтонні та алохтонні компоненти донних відкладів. Автохтонні включають продукти руйнування берегів, осади, рештки гідробіонів. Алохтонні поступають з водами річок, з вітром, внаслідок діяльності людини та іншими шляхами. Характер процесів поступання наносів і формування донних відкладів можна аналізувати за допомогою рівняння седиментаційного балансу. Можна також окремо аналізувати баланс наносів в озері.

Частки донних відкладів (а за їх переважанням) і самі відклади за походженням поділяють на теригенні, хемогенні та біогенні. Теригенні — поступають з території суходолу (водозбору). Для більшості прісноводних озер переважними видами донних відкладів біогенного типу є: 1) сапропелі; 2) торф’янисті або гумінові намули.

Сапропелі (гнилуваті намули) — складаються в основному з тонкого детриту — залишків планктону з домішками решток вищої водної рослинності та мінеральних часток. Відкладаються у відкритих частинах водойм. В мілководних частинах та захищених від вітру ділянках може відкладатися грубий детрит — рештки макрофітів. Сапропелі утворюються переважно в євтрофних озерах малої та середньої глибини лісової зони. Їх потужність може досягати 20-40 м. Сапропель використовується у сільському господарстві, медицині, промисловості.

Торф’янисті (гумінові) намули утворюються також в озерах лісової зони, але переважно дистрофних. Озера поступово заростають. Структура донних відкладів груба, лапата, торф’яниста.

У прісних озерах можуть утворюватися і деякі мінеральні відклади. Наприклад — залізисті, вапнякові. Можуть утворюватися озерні залізні руди, що мають промислове значення. У накопиченні любих донних відкладів простежується періодичність сезонного та багаторічного характеру. Вона відображається в утворенні шаруватості. За нею можна визначати вік відкладів, а деколи і особливості умов їх утворення. Частки донних відкладів зазнають складних фізичних, хімічних та біологічних перетворень.

На літоралі відкладаються більш грубі частки, переважно теригенні. Умови для створення намулів тут не сприятливі. В межах профундалі відкладаються найбільш дрібні частки. Вони відрізняються і за хімічним складом, а також за вмістом органічних решток (речовин).

Найбільша потужність відкладів в озерах лісових зон. В цілому можна виділити три характерних зони: 1) зона тропічних та субтропічних прісних озер; 2) зона солонуватих та мінеральних озер посушливих областей; 3) зона прісних озер тундри та лісів помірного клімату.

Лекція №7

Тема: Гідрологія боліт та водосховищ

Мета:

1. навчальна: сформування у студентів уявлення про болота та водосховища, їх гідрологічний режим.