Изучение водных объектов нижегородской области

Станковская Т.П.

ИЗУЧЕНИЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Методическое пособие

Нижний Новгород 2017

УДК 556.55 : 514.5

СТАНКОВСКАЯ Т.П. Изучение водных объектов Нижегородской области. Методическое пособие по проведению учебно-исследовательских и проектных работ для детей, обучающихся в системе дополнительного образования. - Н.Новгород, 2017.

Представлены сведения и справочные данные по гидрологической, химической характеристике озер, водных потоков Нижегородской области. Приводятся основные методы оценки морфометрических показателей водных объектов, а также методы физико-химической характеристики вод.

Предназначено для детей, обучающихся в системе дополнительного образования, иучащимся старших классов для углубленного изучения особенностей разнообразия, морфометрии, современного состояния и водных объектов Нижегородской области, а также педагогов-экологов.

© Центр развития творчества детей и юношества

Нижегородской области, 2017

© Станковская Т.П., 2017

Содержание

Предисловие   Основы науковедения   1.1 Основные определения и понятия   1.2 Методология   1.3 Методы исследования водных объектов   Водные объекты Нижегородской области   2.1 Озера   2.2 Реки Нижегородской области и Н.Новгорода   2.3 Болота Нижегородской области   Озеро как водный объект     Формирование котловины озера   3.2 Показатели морфометрии озера   3.3 Показатели состояния водных масс озера   3.4 Методы морфометрической оценки озера   3.5 Методы камерального определения площади и объема водоемов   Река как водный объект   4.1 Водосборный бассейн реки   4.2 Водный режим рек   4.3 Речная сеть   4.4 Морфометрические показатели речной сети   4.5 Морфометрические показатели русла реки   Физические свойства воды   5.1 Прозрачность воды   5.2 Температурный режим озера   5.3 Методы определения физических свойств воды   Основы гидрохимии   6.1 Солевой состав, газовый режим, органическое вещество озер   6.2 Химические методы оценки вод водного объекта     Рекомендуемый библиографический список

Предисловие

Совокупность водных объектов Земли – водная оболочка или гидросфера занимает до 71% общей площади планеты и отличается огромным разнообразием населяющих ее водных организмов или гидробионтов. В составе планетарной гидросферы выделяются поверхностные и подземные воды, которые являются предметом изучения гидрологии и гидрогеологии, а население водных объектов - гидробиологии.

Подземные воды в большей мере являются водными объектами материков и связаны с континентальными поверхностными водами. Поверхностные воды, представленные океаном, реками, озерами, болотами, имеют огромное значение в жизни планеты.

Нижегородская область отличается богатством поверхностных вод и разнообразием водных объектов, среди которых насчитывается более 10000 озер и до 9000 водных потоков, а также болот. В настоящее время водные объекты области находятся в той или иной мере под воздействием антропогенного фактора. Это вызывает необходимость введения защитных мероприятий в отношении поверхностных вод. Ряд известных водных объектов области такие как оз. Светлояр являются памятником природы РФ, другие, например, система Пустынских озер, представляют собой охраняемые водные объекты Нижегородской области. Под охрану взяты многие уникальные болотные системы. Охранные мероприятия необходимы и в отношении речной сети области, представленной притоками главной реки – Волги. Подпор вод р. Волги Чебоксарской плотиной вызвал изменения гидрологического режима ее притоков, воды которых служат местом нереста ценных промысловых видов рыб. Таким образом, возникает необходимость

введения не только гидрологического, но и гидробиологического мониторинга водных объектов Нижегородской области.

Изложение материала Методического пособия предваряет раздел «Основы науковедения», раскрывающий понятия «наука», «знание» и структуру науки, которые необходимы для постановки цели исследования, выбора методов достижения поставленной цели. Разделы, представляющие собой сведения о водных объектах Нижегородской области и развернутую характеристику озер, болот и рек как водных объектов, содержат описание специальных гидрологических методов, используемых для оценки морфометрии озер, речной сети и собственно реки. При этом приводятся соответствующие методы оценки физических и химических свойств воды, доступных для школьной лаборатории.

Углубленное изучение природы родного края учащимися старших классов не только формирует кругозор, но и позволяет расширить представления молодого поколения о состоянии водных объектов и необходимости сохранения водного богатства Нижегородской области.

Основы науковедения

1.1 Основные определения и понятия

Наука представляет собой сферу деятельности людей, направленную на получение знания об окружающей действительности. Наука рассматривается и как способ организации знания. Наука представляет собой одно из направлений духовной культуры, основной категорией которой служит Истина. Накопленные человечеством научные открытия составляют основу материальной культуры, в основе создания которой лежат потреб-ности человека в пище, одежде и жилье. Итогом становления материальной культуры является искусственная среда обитания, вершина развития которой представлена техносферой.

Знание является результатом познания окружающей действительности (природного комплекса или объективной реальности), проверенного общественно-исторической практикой (время существования человеческой цивилизации) и удостоверенного логикой.

Данные определения отражают процесс познания и организацию полученного знания естественных наук или фундаментальных наук. Эти научные направления весьма разнообразны и представлены науками о Земле, такими как «Геология», «География», «Метеорология», «Биология»,

«Гидрология», «Океанография», «Океанология», «Гидробиология» и др. Знание наук естественного цикла составляет основу прикладных или технологических наук, обеспечивающих развитие материальной культуры. Структура как естественных, так и технологических наук представлена предметом, целью и методами исследования:

- предметом изучения являются объект, явление или взаимосвязи между ними;

- цель как выбор направления и назначение исследования определяется интересом, желанием человека и общественной необходимостью;

- метод представляет собой тот или иной способ получения результата.

Структура конкретного исследования соответствует общей структуре выбранного научного направления. В этом случае необходимо выбрать предмет исследования, обосновать цель изучения, а также выбрать соответствующие методы (или создать свои методы), которые должны обеспечить достоверный результат.

1.2 Методология

Методы научных исследований многообразны и подразделяются следующим образом:

- общенаучные методы представлены анализом и синтезом, дедукцией и индукцией, формализацией, моделированием и т.д.;

- специальные методы соответствуют выбранному направлению научного исследования.

Изучение окружающего мира, разнообразия живых организмов и условий их обитания способствовало развитию естественнонаучных методов, обусловивших разнообразие современных методов:

- наблюдение, интерпретация (рисунок, описание, моделирование поведения животных в танцевальных движениях), на основе которых сложились методы полевых исследований;

- полевые методы в свою очередь представлены экспедиционными методами сбора материала в естественных условиях и стационарными камеральными методами обработки собранных материалов в условиях лаборатории (см. ниже);

- методы эксперимента (анатомирование, методы электрофизиологии, физико-химические методы и др.), составивших основу современных методов моделирования;

- методы биологической статистики, основателем которых является Г.Мендель;

- методы реконструкции вымершей фауны и флоры, впервые введенные Ж.Л. Кювье, примененные З. Бурианом для восстановления облика динозавров и М.М. Герасимовым с целью восстановления образа человека древних эпох, а также исторических личностей;

- методы реконструкции условий обитания живого прошлых геологических эпох или тафономические методы, впервые введенные И.А. Ефремовым;

- методы прогнозирования будущего Земли в составе Солнечной системы и т.д.

1.3 Методы исследования водных объектов

Гидрология, гидрогеология и гидробиология как фундаментальные науки располагает богатым арсеналом не только общенаучных, но и специальных методов. Методы гидрологических и гидробиологических исследований в целом подразделяются на две группы: полевые и камеральные, т.е. применяемые соответственно в экспедиционных условиях и в лаборатории. При этом среди методов, применяемых в гидрологии, можно выделить:

- качественные методы, используемые в описании водного объекта;

- количественные методы, связанные с оценкой морфометрических

особенностей водного объекта и его гидрологических характеристик;

- экспериментальные методы;

- специальные методы сбора, обработки, интерпретации результатов и другие. Группа специальных методов обсуждается далее в приведенных разделах.

Озеро как водный объект

Первое определение озера дано немецким гидробиологом Ф.A. Форелем (1907) как водоема с глубокой центральной областью, куда не может проникнуть литоральная флора. В этом случае критерием выделения озер служит растительность, занимающая только мелководную зону водоема. С позиций географии озеро описывается как довольно значительная водная масса, постоянно покоящаяся в замкнутом углублении на поверхности суши или медленно текущая в нем и не имеющая непосредственного сообщения с морем, т.е. озеро представляет собой совокупность водной массы и котловины (ложа). Следующее определение озера можно считать гидрологическим: озеро - естественный водоем суши с замедленным стоком, не имеющий свободной связи с океаном, профиль береговой зоны, как правило, выработан ветровым волнением.

3.1 Формирование котловины водоема

Дно озера формируется в течение всего периода его существования. Процесс начинается с формирования прибрежья за счет размывания прибойными волнами стенок впадины, которая заполняется водой при образовании водоема. Вымываемый материал образует прибрежный песок, гальку, гравий, а также более или менее тонкий ил в зависимости от степени разрушения пород. Весь этот материал распределяется в воде сообразно своим размерам и весу. Чем частицы мельче, тем они относительно легче и тем, следовательно, дольше могут держаться в воде и медленнее опускаются на дно. В связи с этим, более крупные частицы песка осаждаются ближе к урезу воды, более мелкие иловые выносятся дальше от берега. К ним в дальнейшем будут присоединяться продукты разложения отмерших организмов толщи воды. В результате размыва и осаждения на дно разрушенного материала у берега образуется нанос, имеющий форму уступа или обрыва. Часть его, расположенная между берегом и началом обрыва, носит название береговой мели или подводной террасы. Ее сменяет подводный откос или свал, характеризующийся более крутым углом понижения. Свал переходит в котел, который занимает большую часть дна.

Деление озерного дна на зоны осуществляется в зависимости от прозрачности, температуры воды (рис. 1).

прибрежная зона пелагиали

собственно пелагиаль

высокий уровень

низкий уровень

п о б е р е ж ь е

береговая отмель

подводная терраса, литораль

свал, сублитораль

котёл, профундаль

глубина проникновения света

Рис. 1. Схема морфологического и экологического деления озерного дна и толщи воды по А.Н.Липину, Б.Б.Богословскому с изменениями.

В соответствии с этим дно водоема или бенталь подразделяют на литоральную зону, расположенную на подводной террасе, сублиторальную – занимающую область свала до глубины распространения растений, и профундальную или глубоководную – от нижней границы литорали до максимальных глубин, населенные различными сообществами организмов.

Пелагиаль как толща воды подразделяется в горизонтальном и вертикальном направлениях. Водное зеркало пелагиали по горизонтали представлено прибрежной зоной и собственно пелагиалью. Вертикальная структура пелагиали определяется глубиной проникновения света. Толща воды над границей проникновения света является зоной фотосинтеза и называется фотическим или трофогенным слоем. Придонный неосвещенный слой пелагиали является афотической зоной или трофолитическим слоем (рис. 1).

В зависимости от происхождения озера, а также его возраста, форма котловины может быть различной. В озерах, котловины которых имеют форму воронок, подводная терраса, и, соответственно, литоральная зона не выражены. При блюдцеобразной форме котловины, наоборот, отсутствует четкая граница между подводной террасой и свалом. Литоральная зона в этом случае имеет значительную протяженность. На ней складываются несколько поясов растительности: прибрежноводные, воздушно-водные, растения с плавающими листьями. Между этими двумя вариантами возможны переходы, поэтому границы литорали, сублиторали и профундали оказываются подвижными даже в пределах одного водоема (рис. 1). В области сублиторали располагается пояс погруженных растений.

3.2 Показатели морфометрии водоема

Морфологические характеристики водоема оцениваются в ходе экспедиционных работ, картографическим методом при камеральной обработке.

Расчетные показатели морфометрических особенностей водоема приведены на основе данных монографических работ Богословского Б.Б., Китаева С.П., Липина А.Н., Мордухай-Болтовского Ф.Д. При описании водоема в качестве его основных показателей определяются следующие характеристики: длина, ширина, средняя и максимальная глубины, рельеф дна и его профиль, длины береговой линии и огибающей озера, изрезанность береговой линии, площади водоёма и водосбора, объём воды водоёма.

Длина озера (L) – кратчайшее расстояние между двумя точками, наиболее удаленными друг от друга. Это может быть прямая при простой форме водоема или ломаная линия при сложной форме озера.

Ширина наибольшая (B_max) – расстояние между противоположными берегами, определяется как перпендикуляр к линии длины озера.

Ширина средняя (B_ср) – отношение площади озера к его длине.

Глубина максимальная (Н_max) – результат непосредственных измерений на водоеме.

Глубина средняя (H_ср) – вычисляемая величина, представляет собой отношение объема водной массы V к его площади S, для ее оценки применяется ряд способов:

а) картографический способ:

б) расчетный способ:

,

где a – коэффициент, равный 3.

Отношение показателей средней и максимальной глубин является показателем емкости Ю.П. Верещагина: H_ср / H_max. Сопоставление глубин водоема с его площадью (H_ср/S, H_max/S) показывает, что глубины увеличиваются с увеличением площади водного зеркала, тогда как отношение показателя емкости к площади озера уменьшается.

H_ср определяет интенсивность вертикальной циркуляции водных масс и динамику гидрохимического режима. Средняя глубина является основным показателем, определяющим условия выращивания товарной рыбы и величины рыбопродуктивности.

Рельеф дна – совокупность профилей, точность оценки зависит от количества промеров.

Разрез или Профиль дна – контур дна, вычерченный по поперечным линиям, по которым произведены промеры глубины. Промеры глубины производятся по открытому зеркалу воды, но зимние измерения по льду являются более точными. Полученные измерения глубин наносятся на план озера, соединение на плане точек одинаковой глубины приводит к получению изобат.

Длина береговой линии(l_о) определяется картографическим методом с помощью циркуля со створом 1-2 мм по урезу воды. Длина контура плана озера с учетом масштаба представляет собой истинную длину линии водоема.

Длина огибающей озера (l_о′) – кратчайшая выпуклая линия, проведенная по контуру озера, определяется как l_о.

Развитие, изрезанность береговой линии(с) – степень изрезанности берегов (развитие береговой линии) определяется:

а) по формуле Липина А.Н.:

б) по формуле С.Д.Муравейского:

в) часто величину «с» определяют как соотношение площади озера и круга такой же площади. Величина коэффициента «с» всегда > 1.

Площадь водоёма (S_о) или площадь водного зеркала вычисляется картографическим методом с помощью планиметра или палетки.

Площадь водосбора (S_вод) определяется картографическим методом на основе соответствующей географической карты.

Объём воды озера (V) – общий объем воды озера, вычисляется по формуле:

Водосбор

Определение объема годового стока (V_ст.)с водосбора, м³:

V_ст = a ∙ S_вод ,

где a – объем стока водосбора за год с 1 м², м³/м²·год; S_вод - площадь водосбора.

Показатель площади озера (К) - соотношение площадей озера и водосбора:

где S_вод - площадь водосбора; S_о - площадь озера.

Если преобладает S_вод, то водный баланс водоема определяется процессами водообмена в бассейне. И, наоборот, если площадь озера велика, то водный баланс в значительной мере обусловлен водообменом через зеркало озера.

Показатель удельного водосбораХальбфасса (Δ F) представляет собой обратное отношение площади водосбора к площади озера:

где DF – удельный водосбор; S_вод - площадь водосбора; S_о - площадь озера.

Величина DF позволяет оценить размеры водосбора водоема: DF < 5 – озера с очень малым водосбором, DF < 10 – озера с малым водосбором, DF = 10-50 – озера со средним водосбором, DF > 100 – озера с большим водосбором, DF > 1000 – озера с очень большим водосбором. С удельным водосбором связана продолжительность подъема и спада половодья, его высота. В малых водоемах половодье выражено резко, и, наоборот, при большей площади зеркала половодье распластывается, т.е. интенсивность подъема и спада уменьшается, а продолжительность возрастает.

Водный баланс

Водный баланс характеризует соотношение питания и потерь воды озеровидных водоемов. Он определяет величину водной массы озер, ее колебания во времени, т.е. гидрологический режим водоема.

Водный баланс водоема складывается из прихода (вода притоков, смыв с водосбора, атмосферные осадки) и расхода (сток, испарение). Водный баланс определяется климатом, рельефом. Величины испарения и осадков находятся в прямой зависимости от климата, а приток и сток воды в большей мере связаны с морфологическими характеристиками водоема.

Определение показателей водного баланса ведется расчетным методом на основе приведенных выше морфометрических характеристик водоема. Воднобалансовые расчеты проводят за календарный год, гидрологический год, холодное полугодие (ноябрь-апрель), теплое полугодие (май-октябрь).

При учете составляющих приходной и расходной части водного баланса в объемных единицах уравнение можно представить в следующем виде:

Х + У_пр + У_гр + К – У_ст – У_ф – Е – Р = ±DV + Н,

где Х – атмосферные осадки на поверхность озера, определяется по данным метеостанций; У_пр – поверхностный приток в озеро; У_ст – поверхностный сток из озера, отсутствует в бессточных озерах; К – конденсация паров на зеркало, обычно мала и трудно поддается учету, часто ею пренебрегают в расчетах; Е – испарение с водной поверхности (табл. 1); Р – забор воды для хозяйственных целей; DV – изменение объема воды озера за расчетный период; У_гр – подземный приток в озеро; У_ф – подземный сток (фильтрация) из озера, отсутствует в бессточных озерах. Величины подземных составляющих водного баланса (У_гр, У_ф) невелики по сравнению с остальными компонентами, в крупных водоемах они составляют 1-5%. Существенную роль подземные сток и приток играют в карстовых водоемах.

Для Нижнего Новгорода характеристика испарения (Е) почвенно-климатических зон представлены в табл. 1.

Район	Кх	Годовая сумма испарения Zо, мм	Распределение годового испарения по месяцам (Рz по удельному весу)
IV	V	VI	VII	VIII	IX
Санкт-Петербург, Москва, Брянск	0,25	500-600	0,10	0,18	0,19	0,18	0,15	0,10
Нижний Новгород, Пермь	0,20	500-600	0,10	0,18	0,20	0,20	0,18	0,10
Рязань, Ульяновск	0,10	600-700	0,08	0,17	0,19	0,20	0,17	0,12
Воронеж, Самара	0,10	700-800	0,07	0,15	0,18	0,20	0,18	0,12
Ростов, Волгоград	0,10	800-900	0,09	0,15	0,15	0,18	0,17	0,12
Крым, Краснодар	0,10	800-900	0,09	0,13	0,14	0,17	0,16	0,12
Ставрополь, Элиста, Гурьев	0,03	900-1000	0,09	0,13	0,14	0,17	0,16	0,12
Коэффициент перехода*	-	-	1,2	2,8	2,0	1,9	1,5	1,5

*Коэффициент перехода от испарения с открытой водной поверхности к сумме испарений и транспирации с заросшей части водоема.

Отличительной особенностью водного баланса озер зоны умеренного климата (леса, лесостепи) является доминирование речного притока с водосбора (приходная часть баланса) и стока водоемов (расходная часть баланса), т.е. озера этой зоны, как правило, сточные. На долю этих компонентов баланса приходится 70-90%.

Водообмен

Показатель условного водообмена (К_в) является вторым, наряду со средней глубиной водоема, гидрологическим показателем. Показатель условного водообмена показывает, сколько раз в течение года сменяется полный объем вод озера, т.е. замещение заполняющих котловину вод новыми. Способ вычисления показателя условного водообмена предложен С.В.Григорьевым, А.Г. Люллиным:

К_в = ,

где V_ст – сток за промежуток времени; V_в – средний объем водоема за тот же период времени.

Показатели условного водообмена озер и водохранилищ в зависимости от водного баланса изменяются в широких пределах. Очень малый условный водообмен соответствует величине К_в<0,25; малый – 0,25-1; средний – 1-4; большой – 4-16; очень большой>16:

- для крупных глубоких озер (Ладожское, Онежское) К_в=0,05-0,07, т.е. обновление воды происходит за 15-20 лет, а в оз. Байкал при К_в = 0,002-0,003, смена воды осуществляется за 312 лет;

- для малых сильно проточных водоемов при К_в > 1000, вода в среднем обновляется несколько раз в сутки.

Обратное соотношение (V_в/V_ст) называется периодом водообмена, т.е. время, в течение которого произойдет полный водообмен. Период условного водообмена или период условного возобновления вод (t_В) – величина, обратная коэффициенту условного водообмена Григорьева:

t_В=1/К_В.

Величина t_В характеризует время, в течение которого произойдет полная замена вод водного объекта. При К_В>1 величина t_В измеряется в годах, если К_В<1 – в долях года вплоть до суток.

Коэффициент условного водообменаК_в или коэффициент проточности озера рассчитывается по формуле:

где К_в - коэффициент условного водообмена, в %; V_c - объем стока (притока), м³; V_в - объем водоема средний, м³.

Полный условный водообмен (К_аб), который обычно рассчитывается в среднем на год, соответствует интенсивности водообмена:

К_аб = ,

где V_б – объем вод, участвующих в водообмене; V_в – средний объем вод водоема.

Если К_аб = 3, т.е. обмен идет трижды в год. Если К_аб = 0,25, то ежегодно обменивается лишь четвертая часть вод, т.е. полный обмен идет за 4 года. Полное перемешивание воды притоков с водой озера считается идеальным. Полное перемешивание воды водоема и вод притоков в умеренной зоне происходит только в весенне-осенний период.

Показатели удельного водосбора (ΔF) и условного водообмена тесно связаны обратной зависимостью со средней глубиной озера (Н_ср), а также с его объемом (V_о) и площадью (S_о):

где S_вод - площадь водосбора.

Величина водообменностисточного водоема (Д) представляет собой следующее отношение:

где V – объем водоема, м³; W – объем годового стока водоема, м³.

Величина Д показывает скорость обновления водных масс водоема: чем больше Д, тем медленнее обновляются водные массы.

3.4 Методы морфометрической оценки озера

Полевые методы

Съемка плана озера

Оборудование: лодка, буссоль (линейка, компас, булавки) с подставкой, вехи, колья, рулетка, размеченная веревка, бумага, ручка, карандаш.

Рис. 2. Буссоль

Буссоль с подставкой используется для измерения базисной линии или базы АВ и угла L – отклонение от показаний стрелки компаса (рис. 2). По берегам озера расставляются вехи А, Б, В, Г, Д, М, Н и др. Длина базы АБ измеряется с помощью буссоли (определение направления от т. Б к т. А), рулетки и кольев, устанавливаемых через каждые 20 м (рис. 4). Положение вех противоположного берега определяется пересечением направлений, например, БВ м АБ, определяемых буссолью. Полученные точки вех при соединении образуют контур противоположного берега. Линия ближнего берега, на котором расположена база АВ, определяется углом b между его вехами М, Н и др. и базой АВ. Полученные контуры наносятся на план с указанием сторон света.

Измерение глубины озера

Оборудование: лодка, буссоль, лот, бумага миллиметровая, ручка или карандаш, калька, циркуль, транспортир, калькулятор.

На чертеже план озера размечается параллельными взаимно перпендикулярными линиями (рис. 3 ). Пересечения линий являются точками измерений глубины, местом возможного отбора проб.

Рис. 3. План измерения глубин озера		Рис. 4. Схема съёмки плана озера с помощью буссоли

Первый промер производится в 3-4 м от берега, второй – через 10 гребков и т.д. Полученные глубины наносятся на план. Черновой чертеж-план масштабируется и используется для вычерчивания изобат, профилей озера, определения длины береговой линии, площади водного зеркала.

3.5 Методы камерального определения площадей

и объемов водоемов

Картографический метод вычисления площади водосбора водоема Определение ведется с применением соответствующих карт, палетки, планиметра, циркуля, весов, микрокалькулятора.

Циркуль. Установленным раствором циркуля (2 мм) измеряют:

- длину береговой линии, l_о,

- длину всех изобат,

- длину огибающей озеро линии, l_о′, - кратчайшая выпуклая линия, проведенная по контуру озера.

Палетка – прозрачный расчерченный на квадраты лист, который используется при определении площади. Палетку накладывают на план озера или водосбора на карте и подсчитывают число целых квадратов в контуре водоема и части квадратов. Суммирование квадратов при учете масштаба дает величину площади водного зеркала водоема или водосбора.

Планиметр. Применяется для измерения площадей зеркала озера и площадей, ограниченных изобатами. Определяется цена деления планиметра (С₁) и переходный коэффициент (С): С = С₁ ^. М, где М – число м² в 1 см² на плане данного масштаба. Искомая площадь (р) составляет в этом случае:

р = n_ср ^. С ,

где n_ср – средний показатель планиметра из 3-х измерений.

Весовой метод вычисления площади озера

Весовой метод вычисления площади связан с взвешиванием листа бумаги с контуром озера и без него. Площадь озера оценивается по пропорции:

Далее полученная величина масштабируется.

Соотношение площадей зон озера определяется планиметрированием площадей или весовым способом с учетом масштабов чертежа. Точность расчетов в этом случае зависит от точности съемки глубин.

Расчётные методы морфологических показателей котловины

Показатель емкости озерной котловины (К_ф):

Средний уклон дна (i) определяется по формуле:

где α – средний уклон дна; ∑l – сумма длин изобат; h – сечение изобат; S_о – площадь водоема.

Площадь дна (S_g) определяется по формуле:

Показатель формы озерной котловины (С):

где h_о – расстояние по вертикали от поверхности озера до центра тяжести при одинаковой плотности воды во всем водоеме и составляет:

где Н – глубина; dV – элементарный объем; V – объем воды озера.

Графический метод определения площади дна и объема воды

Определение площадей зон озерного дна и объема соответствующих масс можно произвести достаточно точным графическим методом с погрешностью 5-7%. Графический метод определения объема водоёма связан с построением батиграфической кривой (рис. 5). Её вертикальная ось представляет шкалу глубин озера от 0 до Н_max, м, а горизонтальная ось - шкалу площадей, ограниченных изобатами, м².

На основе построенной батиграфической кривой определяется объем водоема. На рисунке батиграфической кривой строится объемная кривая, в этом случае на горизонтальной оси располагается дополнительно шкала объемов. На линии соответствующих изобат откладывается объем воды, расположенный под этой изобатой. Затем на этом чертеже строится объемная шкала водоема путем проектирования на горизонтальную прямую (рис. 5).

Объемная шкала используется для расчетов количества тепла, кислорода и других химических элементов, содержащихся в воде. В этом случае планиметрируется площадь между осями координат и батиграфической кривой с последующим умножением ее величины на единицу площади в масштабе чертежа. Единица масштаба определяется путем перемножения масштабом значений вертикальной и горизонтальной шкал. Объемы отдельных слоев определяются аналогично по площадям, соответствующим им на чертеже. Затем полученные объемы суммируются. Для сложных конфигураций котловин подобные расчеты ведутся для каждого плеса отдельно.

V, м3

S, м2

батиграфическая кривая   объемная кривая

Нmax

Рис. 5. Батиграфическая и объемная кривая озера по Богословскому Б.Б.

Объем водной массы вычисляется методом конусов или методом призм. Метод призм используется чаще на базе учета изобат (рис. 6)

V₁=h

V1

V2

V3

S3

S2

h1

h2

h3

S4

V_общ=V₁+V₂+V₃+…+ V_n

где: h – глубина,

V – объем,

S – площадь.

Рис. 6. Схема вычисления площади водного зеркала и объема воды водоема методом учета изобат, ориг.

Река как водный объект

Река представляет собой водоток, текущий в разработанном им русле, питающийся стоком атмосферных осадков и являющийся транспортной системой ландшафта. Морфометрия реки определяется характером истока, строением речной долины, степенью врезания русла, характером устья при впадении в приемный бассейн.

Долина реки представляет собой полую форму рельефа земной поверхности, создаваемая эрозионной (размывающей) деятельностью текущей воды под влиянием вращения Земли. Для равнинных рек характерны долины с плоским дном. Дно и склоны долин часто имеют уступы или террасы и несимметричный поперечный профиль. Основными процессами в развитии долин являются углубление и расширение, размыв и формирование склонов.

Формирование истока большинства рек Земли связано с процессом таяния ледника, реже выходом подземных вод (родников). Понятие истока реки четко не определено. Река может быть образована слиянием двух рек, такие реки называются двурогими и считается, что у них нет истока. Среди известных рек Земли к таким рекам относятся Амазонка, Ганг, Нил, Обь, Амур и др. Началом реки может быть озеро (например, Ангара и Байкал) или болото, что также не является истоком.

Русло представляет собой наиболее углубленную часть современного днища долины, по которой постоянно протекает поток. Форма русла определяет рисунок реки. Основными элементами русла являются меандры (излучины), острова и затапливаемые осередки, плесы и перекаты, долинные гряды. Характерным признаком реки является устойчивость русла, которая определяется характером грунта, в пределах которого водный поток прокладывает свой путь к приемному бассейну. Енисей характеризуется устойчивым руслом, которое сформировано на относительно неразмываемых скали