5. Тепловой режим водоема

Физические свойства грунтов исследуются возможно подробнее, чтобы можно было охарактеризовать с этой стороны весь водоем, особенно дно промысловых участков. На карте нужно отметить условными знаками признаки грунтов: ил, песок, глина, камни подводные и надводные, галька, железная руда, ракушник.

Нашим перечнем, несомненно, не охвачено все разнообразие грунтов, которые встречаются в практике исследователя водоемов, мы перечислили только основные виды грунтов. Общеизвестно, что ил создает среду, благоприятную для развития донных организмов, которые являются источником питания рыб; пески, рудоносный слой и камни, наоборот, бедны животными. Важно выделить места, где имеются ил и железная руда, так как эти грунты поглощают большое количество кислорода.

Зная грунты, рыбаки смогут правильно использовать орудия лова или создать соответствующие приспособления, чтобы орудне не врезывалось в илистое дно или не застревало на камнях, задевая за них.

Температурный режим водоема представляет ряд сложнейших явлений, которые, с одной стороны, зависят от многочисленных и разнообразных причин (общее состояние атмосферы, характер берегов, впадающие в водоем реки, ключи), с другой стороны, сами в сильной степени влияют на жизнь водоема (на его растительный и животный мир). Надо получить средние температуры водоема за несколько лет и за каждый месяц в отдельности. На некоторых водоемах такая работа ведется гидрометеорологическими учреждениями; ихтиологу остается только взять необходимые сведения и свести их так, чтобы они были связаны с биологией водоема. На промысловой карте, где даны сведения о промысловых рыбах, местах их скоплений (нерестовых и нагульных), местах миграций (где указываются сроки нереста рыбы, сроки ее подходов, сроки лова), нужно дать и температурные показатели.

Практически не всегда удается дать на промысловой карте изотермы по каждому месяцу, да, возможно, эти изотермы не для каждого водоема будут нужны. Так, указав на карте место и срок нерестового скопления того или иного вида рыб, можно указать среднюю поверхностную температуру, относящуюся к этому месту и к этому сроку.

Поверхностная температура определяет миграции и нерест многих рыб, но зимние скопления рыб, а также миграции и нерест рыб глубоководных требуют указаний и придонной температуры.

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ (ВОДОЕМОВ СУШИ) – изменение во времени температуры воды по акватории и глубине. Различают внутрисуточный (суточный), внутригодовой (сезонный) и многолетний Т.р., т.е. изменение средней годовой температуры воды в водоеме. Как составная часть Т.р.в. иногда рассматривается температурный режим донных грунтов (отложений). Т.р.в. определяет термический режим водоемов (см.). Это — важнейший абиотический фактор развития биологических процессов в экосистеме водоема, влияющий на продуцирование органического вещества гидробионтами, содержание газов в воде, ее плотность (см.) и вязкость, скорость седиментации (см.) взвесей и многие другие динамические процессы (конвекция (см.), внутренние волны (см.), плотностные течения (см.)), играя тем самым важную роль в распределении и обеспечении пищей водных организмов. Т.р.в. зависит, в первую очередь, от режима поступления в воду и поглощения ею солнечной радиации (см.). Нагретая солнечным светом вода в фотическом слое (см.) перемешивается разнообразными динамическими процессами с водой нижележащих слоев, что приводит к повышению температуры в глубинных частях пелагиали (см.).

От температуры водной поверхности зависит интенсивность теплообмена водоема с приводным слоем воздуха, см. тепловой баланс водоема. Она определяет охлаждение поверхностного слоя, а благодаря динамическим процессам, и остальной толщи воды. Неравномерность нагревания и охлаждения воды на различных глубинах вызывает расслоение водной толщи водоема (а в мелководных водоемах и верхнего слоя донных грунтов) сначала по физическим свойствам, а затем и по химическим и биологическим характеристикам воды и иловой толщи. Благодаря суточной и сезонной цикличности поступления солнечной радиации на земную поверхность Т.р.в. включает периоды дневного и весенне-летнего нагревания, ночного и осенне-зимнего охлаждения. Эти процессы наиболее отчетливо выражены в антициклоническую, ясную и штилевую погоду. В пасмурную и ветренную погоду, особенно при похолоданиях, интенсифицируются процессы охлаждения воды, ее динамического перемешивания (см.) и конвекции, уменьшающие внутрисуточные колебания температуры поверхности воды и пространственную (по глубине и акватории) ее термическую неоднородность. Чередование периодов нагревания и охлаждения поверхностного слоя воды приводит к формированию в водоеме на некоторой глубине слоя температурного скачка с вертикальным градиентом 1 град/м и более, а следовательно, слоя скачка (см.) плотности воды, который характеризуется повышенной гравитационной устойчивостью (см. устойчивость слоев воды), ослабляющей процесс вертикального перемешивания воды. Возникает типичная для стратифицированных в теплую часть года водоемов трехслойная гидрологическая структура (см.). Она включает эпилимнион (см.) (верхний прогретый квазиоднородный слой), металимнион (см.), или срединный слой скачка, и гиполимнион (см.) (нижний наиболее холодный слой воды) (рис.). В стратифицированных озерах и водохранилищах ввиду затрудненного вертикального обмена веществами и энергией между эпи- и гиполимнионом выделяют в гидрологическом режиме период стагнации водоема, который сменяется периодом циркуляции водоема, когда происходит разрушение конвекцией слоя скачка, сопровождающееся вертикальным перемешиванием водной толщи. Особенности Т.р.в. суши зависят от их географического положения (широта места и высота над уровнем моря), климата и размеров чаши или ложа, интенсивности водообмена, в меньшей степени от химического состава воды и водной флоры. По термической классификации Д.Хатчинсона голомиктические (см.), озера делятся на амиктические (неперемешивающиеся, покрытые весь год ледяным покровом), холодные и теплые мономиктические (имеющие период полной вертикальной циркуляции один раз в год: холодные — летом, теплые — зимой), димиктические (с двумя периодами полной циркуляции в переходные сезоны — весной и осенью), полимиктические (полное перемешивание в течение безледного периода) и олигомиктические (полное перемешивание нерегулярно, только в периоды резких похолоданий). Особенно многообразен Т.р.в. глубоких димиктических пресных озер умеренного климатического пояса суши, называемых, по А.И.Тихомирову, гипотермическими (см.).

Их средняя глубина более 25—30 м, а площадь акватории — сотни и тысячи квадратных километров. К ним относятся Байкал, Телецкое, Ладожское, Онежское озера, Великие американские озера, крупнейшие озера Канады. В период весеннего нагревания, продолжительностью до 4 месяцев, в мелководных прибрежных районах образуется вертикальная изотермия (состояние полной температурной однородности воды по всей глубине), в глубоководной пелагиали сохраняется обратная температурная стратификация (см.). По мере накопления тепла в воде акватория разделяется термобаром (см.) на две области — теплоактивную, где формируется прямая температурная стратификация (см.) со слоем скачка, и теплоинертную, где по мере прогревания и частичной весенней циркуляции уменьшается различие температуры поверхности воды и придонного слоя, имеющего температуру около 4оС. При достижении в теплоинертной области озера поверхностью воды температуры наибольшей плотности термобар исчезает, теплоинертная область перекрывается прогретыми периферийными водными массами, отделенными от купола плотных с температурой около 4оC вод гиполимниона слоем температурного скачка. В летний период купол распластывается благодаря плотностным течениям от его центра к периферии и заглублению слоя скачка в моменты интенсификации вертикального перемешивания эпилимниона. К концу гидрологического лета, длящегося 40—80 дней, купол изотермической поверхности 4оС проседает до глубины 70—100 м, а наибольший по толщине надкупольный слой гиполимниона прогревается на 1—2оС. С началом осеннего охлаждения слой скачка погружается, в увеличивающемся по толщине эпилимнионе образуется горизонтальная изотермия при прямой температурной стратификации, а придонный слой плотной воды сохраняется на самых больших глубинах. В конце октября — начале ноября возникает осенний термобар, после чего в прибрежной теплоактивной области озера вода быстро охлаждается и появляется лед, а в теплоинертной области формируется вертикальная изотермия с наибольшей температурой в ее центре. Спустя месяц термобар исчезает, наступает период зимнего охлаждения озера, когда в пелагиали купол плотной воды перекрывается охлажденными периферийными водными массами. Зимнее распластывание этого купола задерживает наступление ледостава в кольцеобразной зоне средних глубин. С наступлением сплошного ледостава благодаря плотностным течениям образуется подо льдом горизонтальная изотермия при обратной температурной стратификации водной толщи.

Гипотермические озера подразделяются на ежегодно покрывающиеся льдом (Байкал, Онежское озеро), полностью или частично покрывающиеся льдом в зависимости от суровости зимы (Ладожское, Телецкое) и остающиеся зимой без сплошного ледяного покрова (Мичиган, Гурон). Термический и ледовый режим в заливах и мелководных плесах может существенно отличаться от описанного выше Т.р.в. основного плеса гипотермического озера. Температурный режим сильно проточных озер и водохранилищ отличается слабо выраженной прямой стратификацией летом и обратной стратификацией зимой, а иногда и ее отсутствием. В них на продольное распределение температуры сильное влияние оказывают колебания температуры речных вод, питающих проточные водоемы. В слабопроточных долинных водохранилищах даже небольших размеров (длиной 3—5 км и более, глубиной свыше 10—15 м) наблюдаются, как и в крупных озерах, существенные пространственные различия Т.р.в. В период весенней циркуляции при полной вертикальной изотермии температура воды в мелководных верховьях может превышать температуру глубоководного приплотинного участка на 4—5о из-за более раннего вскрытия ледяного покрова и поступления более теплых речных вод. В период осенней циркуляции вода приплотинного участка, наоборот, на 2—3о выше, чем в верховьях. На процесс погружения летом слоя скачка оказывает влияние глубина бровки русловой ложбины, поскольку в пределах бывшего речного русла интенсивность ветрового перемешивания воды с вышележащим надпойменным слоем водохранилища резко снижается. Кроме того, на температуру воды в пределах затопленного речного русла влияют и нередко выклинивающиеся здесь подземные воды, оказывающие охлаждающее влияние на придонный слой воды летом и отепляющее — зимой. В озерах, стратифицированных по солености воды, температурный режим существенно отличен от режима рассмотренных выше голомиктических водоемов, меромиктическое озеро, минеральное озеро (см.). Т.р.в. водохранилищ и пресных озер коренным образом изменяется на участках сброса подогретых вод тепловых и атомных электростанций, сточных вод промышленных предприятий и канализационных систем, см. водоем-охладитель.

Список используемой литературы

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ "ОСНОВЫ ГИДРОФИЗИКИ" (Козлов Д. В.)

2. Алексеевский Н.И. «Гидрофизика»

3. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/79250/Гидрофизика

4. http://femto.com.ua/articles/part_1/0778.html

5. Бояринов П.М., Петров М.П. Процессы формирования термического режима глубоких пресноводных водоемов

6. Готлиб Я.Л., Жидких В.М., Сокольников Н.М. «Тепловой режим водохранилищ гидроэлектростанций»

7. Хомскис В. «Динамика и термика малых озер.»

Оглавление