Гидрология озер

Тип:
Добавлен:

Содержание

Введение

1. Озерная чаша (котловина)

2. Генетические классификации озер

3. Оптические явления в озерах

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Гидроло́гия - наука, изучающая природные воды Земли и процессы, в них происходящие. По объектам исследования в гидрологии выделяют три большие части: гидрологию суши, гидрологию океанов и морей, гидрологию подземных вод. Гидрология суши, в свою очередь, по объектам исследования подразделяется на гидрологию рек (устаревшее название - потамология от греч. ποταμός "река"), гидрологию озёр (иногда называемую также лимнологией от греч. λίμνη "озеро" или озероведением), гидрологию болот и гидрологию ледников.

Изучением озер занимается наука лимнология (озероведение). Все процессы, происходящие в озерах, - геологические, физические, химические, биологические - она изучает комплексно, во взаимосвязи с водосбором озера. В нашей стране изучением озер занимается Институт озероведения РАН в Ленинграде и Лимнологический институт Сибирского отделения РАН в поселке Листвянке на Байкале. Большой вклад в развитие лимнологии внесли русские и советские ученые Д.Н. Анучин, Л.С. Берг, С.Д. Муравейский, Г.Д. Верещагин, Л.Л. Россолимо и другие.

В настоящее время важнейшей задачей изучения озер является исследование влияния антропогенного, т.е. являющегося результатом деятельности человека, фактора на изменение природы озер, выработка научных основ охраны водоемов. Для решения этих вопросов необходимо глубокое изучение биологических и химических процессов, определяющих скорость образования органического вещества и его разрушения.

Являясь составной частью природных ландшафтов Земли, озера оказывают заметное влияние на географическую оболочку. Они являются накопителями атмосферной влаги, регулируют водный режим рек, пополняют запасы подземных вод, создают озерный тип климата. Озера являются средой обитания определенных видов растений и животных.

1. Озерная чаша (котловина)

Озерные котловины (ванны) представляют собой отрицательные формы земной поверхности или углубление суши, заполненное водой и не имеющее взаимной связи с морем (чаще всего заполнена лишь часть котловины).

В период возникновения морфология котловины зависит главным образом от происхождения и специфики протекания геолого-геоморфологических процессов в данном регионе. В каждой озерной котловине выделяются надводные (склоны и береговые отмели) и подводная (литораль, или подводная аккумулятивная терраса) части, а также ложе (профундаль) (см. Приложение 1).

Озерные котловины (ванны) представляют собой отрицательные формы земной поверхности. В период возникновения морфология котловины зависит главным образом от происхождения и специфики протекания геолого-геоморфологических процессов в данном регионе.

С момента заполнения котловины водой основную роль в ее преобразовании играет динамика водной массы (волны, течения, колебания уровня) в сочетании с внешними климатическими и гидрологическими факторами (приток и сток из озера, ветры). Процесс преобразования (переработки) котловины происходит в течение более или менее продолжительного времени в зависимости от параметров водоема, геологического строения склонов. В целом он направлен на перераспределение вновь образованных рыхлых пород по принципу: разрушение - перенос - отложение - накопление - трансформация). Разрушительная деятельность проявляется преимущественно в прибрежной зоне. Образованный при этом материал переносится (смещается) и аккумулируется как на дне на месте разрушения, так и в глубь озера дифференцируясь по величине и глубине водоема. Перенос рыхлого материала сочетается с его отложением (аккумуляцией) в определенных участках прибрежной зоны. Наконец, процесс накопления вещества (стабилизация) свойствен главным образом глубоководным частям котловин, где происходит не простая механическая аккумуляция наиболее тонких глинистых частиц, а их преобразование и формирование органо-минеральных новообразований.

В каждой озерной котловине выделяются надводные (склоны и береговые отмели) и подводная (литораль, или подводная аккумулятивная терраса) части, а также ложе (профундаль).

Склоны определяются по преобладающим процессам (абразионные и аккумулятивные), по форме и высоте над урезом воды. Последние показатели характеризуют внешние признаки и особенности происхождения не только котловины, но и конкретного геоморфологического района. Для абразионных склонов характерны оползневые и даже обвальные процессы. Вдоль аккумулятивных склонов в приурезовой части котловины формируются пляжи.

По форме различают склоны выпуклые и вогнутые, прямые и ступенчатые. Преобладание процессов абразии способствует выработке вогнутого склона, в то время как задернованные, укрытые делювием склоны имеют выпуклый характер. Равное участие абразии и аккумуляции свойственно прямым склонам.

Многие озера отличаются развитием ступенчатых, террасированных склонов. Низкие террасы - аккумулятивные. Они возвышаются над уровнем озера на 1,5-2 м и менее и сложены песчано-супесчаными и иловатыми отложениями бывшей литорали. В редких случаях в разрезе террасовых отложений обнаруживаются слоистые и даже ленточные глины, прослойки озерного мергеля и включения болотной руды.

Образование низких террас обусловлено понижением уровня озер в недавнее, по-видимому, суббореальное время. Нередко террасы появляются при искусственном понижении уровня озер.

Естественная высокая терраса имеет пребореал-бореальный возраст и формировалась в результате резкого падения уровня озер, переживших этап расконсервации котловин. Поверхность террасы расположена на высоте от 4-5 до 10-12 м над современным уровнем. Она совпадает с поверхностью выравнивания, в которую врезаны озерные ванны. Высокую (вторую) террасу слагают не только озерные пески, но и ленточные глины, а также моренные завалуненные супеси. В этом случае террасу следует отнести к типу цокольных, или эрозионно-аккумулятивных.

В субатлантический период озера обнаруживают признаки трансгрессии (затопленные устья рек, заболоченные поймы, высокие береговые валы).

Особый объект изучения представляют прибрежные отмели и берега, т.е. части котловины, прилегающие к урезу воды и находящиеся в условиях переменного затопления и действия прибоя и течения в период высокого уровня.

В формировании берегов значительную роль играют направление и сила ветра, работа впадающих и вытекающих рек, развитие прибрежной растительности. Следует учитывать также деятельность человека (распашка, строительство гидросооружений, мелиоративная сеть и пр.).

В каждой озерной котловине можно выделить характерные элементы, которые зависят от генезиа котловины, истории ее развития, и особенностей гидродинамических процессов, происходящих в ней.

Озерное побережье - часть склонов котловины, непосредственно примыкающей к озеру, в пределах которой наблюдаются древние и современные формы рельефа, сформированные под воздействием водных масс.

Берег - часть побережья, в пределах которого идут процессы взаимодействия водных масс водоема с примыкающей к нему полосой суши.

Береговой уступ - крутой оголенный или прикрытый обвалами (осыпью) обрыв.

Береговой обвал (осыпь) - прилегающее к береговому уступу тело, образованное при овале или осыпании грунтов с берегового уступа и склонов котловины.

Береговая отмель - отмель, непосредственно примыкающая к берегу озера и сформированная под воздействием ветровых волн и течений. Прибрежная отмель озер, именуется литоралью, состоит из абразионной аккумулятивной частей. Соотношение ширины абразионной и аккумулятивной части литорали свидетельствует о степени устойчивости берега. Береговая отмель играет важную роль в жизни озер. Она является местом заселения высшей водной растительностью и отличается породами грунтов, которые ее слагают. Абразионная часть литорали представляет часть первоначального профиля склона котловины, образованной в результате его абразии. Аккумулятивная часть береговой отмели, лежит выше первоначального профиля берега и образовалась при аккумуляции продуктов абразии.

Пляж - часть абразионной отмели, которая образуется при наслоении аккумулятивного материала на урезе воды в месте обрушения волн. Он сложен слабо сортированным материалом и представлен песком и гравием. Пляж имеет определённый уклон и меняется в зависимости от гидродинамической активности водоема. Наиболее существенные изменения происходят на пляже в период волнения и шторма.

Основание (подошва) берегового уступа - нижняя граница берегового уступа.

котловина озеро гидрология оптический

Внешний склон береговой отмели - наиболее крутая и отдаленная от уреза воды часть береговой отмели (литорали), которая находится ниже границы размывающего воздействия ветровых волн.

Ширина береговой отмели - расстояние между основанием берегового уступа и внешним краем береговой отмели.

Бровка берега определяется как точка но профиле берега, которая фиксирует границу между примыкающими к берегу склонами и зоной активного воздействия береговых волн.

Перемещение береговой линии - горизонтальный отрезок между современным основанием берегового уступа и точкой уреза при одном и том же уроне воды на первоначальном профиле берега. Такая характеристика является количественным показателем интенсивности береговой абразии и может оцениваться отступанием бровки берега, м/год. На искусственных водоемах применяется объемный показатель, м3/год.

Большинство озер в плане имеют разную горизонтальную расчлененность, и во многих озерах, которые имеют сложное очертание, можно выделить отдельные части: плесы, заливы, бухты, губы. Кроме того, котловины озер, как правило, включают одну или несколько впадин и возвышенностей, некоторые из них могут возвышаться под поверхностью озера, образуя острова.

Из многообразия форм горизонтальной расчлененности озер по очертанию акваторий выделяют пять основных типов.

Первый тип - вытянутые озера - отношение длины озера к ширине не менее 4-5, до 20 и даже более.

Второй тип - лопастные озера, которые имеют сложное строение, с обособленными участками, большой расчлененностью и с островами.

Третий тип - овальные с лопастными отчленениями.

Четвертый тип - овальные озера - несколько вытянуты, коэффициент удлиненности 2,0-2,5 и более.

Пятый тип - круглые озера - чаще всего встречаются в зоне вечной мерзлоты (термокарстовые озера), некоторые вулканические озера имеют круглую форму.

Кроме того, озера могут быть полукруглые, эллиптические, прямоугольно-вытянутые, древовидные, в форме полумесяца, треугольника и других форм.

Водохранилища, создаваемые человеком для хозяйственного использования вод, могут быть озеровидными, речными, русловыми, долинными и сложной формы. По конфигурации выделяют

·линейно вытянутые простые,

·линейно вытянутые сложные,

·разветвленные (древовидные)

·округлые простые,

·округлые сложные и другой формы.

Важной характеристикой озер является его географическое положение (широта, долгота), высота уреза воды под уровнем моря и отметка дна наибольшей глубины. Если последняя ниже уровня моря, нужно указывать величину криптодепрессии.

Морфометрия озер является частью геоморфологии озер и рассматривается как раздел озероведения для количественной характеристики форм и размеров котловины и объема занимающих их вод. Морфометрические показатели имеют первостепенное значение для лимнологических и гидробиологических исследований.

Основные морфометрические показатели для озер и их частей и способы их определения приведены в работе Г.Ю. Верещагина (1930), но в лимнологических и гидробиологических исследованиях чаще всего используют не более 10-30 параметров. Основные морфометрические параметры озер и способы их определения даны в таблице (см. Приложение 2).

Показатель емкости, или показатель формы озерной части в зависимости от величины будет изменяться от 1 (цилиндр.), 0,76 (полуцилиндр.), 0,50 (параболоид) до 0,33 (конус) и менее. Гидробиологи почти не пользуются определением площади дна озера, принимая площадь дна озера равной площади зеркала озера, но очень часто, когда дно неровное, много островов, она значительно больше. Так, в озере Исландии Thingvallavatn площадь дна озера больше зеркала озера на 32%.

2. Генетические классификации озер

Первые классификации генетических типов озер относятся к ранним периодам развития лимнологии. Как правило, они основывались на убеждении, что происхождение озерной котловины определяет основные типические особенности озера. Со становлением науки стала очевидна ошибочность этих взглядов. Так, М.А. Первухин (1937) при рассмотрении ранних, в основном зарубежных, генетических классификаций высказал мнение, что тип озера является функцией развития его в определенных физико-географических условиях. Только на ранних стадиях развития морфология озера полностью определяется происхождением, во время дальнейшего развития различия между генетическими типами могут исчезать.

Генетические классификации озерных котловин

ПроисхождениеПояснениеПримерыТектоническиеОбразуются в понижениях, возникших в результате тектонических движений земной коры (трещины, сбросы) Байкал, Танганьика, Ладожское, Онежское, Иссык-Куль, Севан, Эри, Онтарио, Гурон, Мичиган и др. ВулканическиеВозникают в кратерах потухших вулкановМногие озера Исландии, Италии, Японии, Новой Зеландии, Камчатки, Закавказья, Америки и др. ЗавальныеПри обвалах и оползнях с перемещением больших масс горных пород на дно речных долин с их перекрытием, что приводит к образованию озерСарезское (возникло в 1911 г.) на Памире, некоторые альпийские озераЛедниковыеЭрозия и аккумуляция материала при перемещении ледников и их таянииОзерные области Европы (Англия, Северо-Запад России, Прибалтика), Сибирь, Северная АмерикаКарстовыеВозникают в районах распространения известняков, доломитов, гипсов. К этой же группе примыкают и термокарстовые озера, образовавшиеся в результате таяния льда зоны вечной мерзлотыОзера Югославии, Поволжья, Архангельской области, юга Сибири, Америки (Флорида, Индиана, Теннесси и другие штаты). Озера Якутии, Ямала, Большеземельской тундры, Севера Канады и АляскиРечные (водно-эрозийные и водно-аккумулятивные) и у побережий морей и крупных озер Возникают в результате русловой эрозии рек и побережья морей (старицы, плесовые озера, дельтовые, лагуны и лиманы морских побережий). Фиорды - отделенные наносами и завалами в результате поднятия берегов. В результате выдувания или эрозии обломочного материала и переотложения песка между дюнамиОзера в районе равнинных рек, дельт рек (Волга, Лена, Миссисипи, Нил и др.), лагуны и лиманы многих морей и крупных озер. ЭоловыеВ результате выдувания или эрозии обломочного материала и переотложения песка между дюнамиНекоторые озера Австралии, Южной Африки и Америки, Казахстана, Средней Азии, Прибалтики и др. ОрганогенныеВозникают на болотах и на местах выгорания торфаКарелия, Кольский полуостров, Сибирь, Север Северной АмерикиМетеоритныеВозникают в результате падения метеоритов, комет и астероидовЭльгыгытган (Чукотка). На острове Саарема (Эстония), Янисъярви (Карелия), Чабб (Канада), Босумтви (Гана), Лонар (Индия) Смешанные (гетерогенные) Тектонико-ледниковыеОзера Карелии (Ладожское, Онежское, Паанаярви, Токозеро, Сегозеро), Кольского полуострова, Швеции, Финляндии, Северной Америки, Телецкое в СибириДеятельность животныхВ лесных зонах бобры строят плотины на водотоках, где возникают водоемы замедленного водообменаОзера бобровых плотин в лесных зонахАнтропогенныеВодохранилища, пруды, водоемы, возникшие на месте копей, карьеровПо всему миру

Все озера по происхождению делятся на плотинные и котловинные, расположенные в углублениях земли. Наиболее полные материалы по генетической классификации озер приведены в работах М.А. Первухина (1937), G.Е. Hutchinson (1957) и Д.Д. Квасова (1986)..Е. Hutchinson по руководящим факторам формирования котловин подразделяет озера на 11 групп, которые включают подгруппы, типы и подтипы или всего 76 типов и подтипов котловин.

Плотинное и котловинное озера: а - плотинное, б - котловинное (Богословский, 1960)

В 1975 г. Ю.П. Пармузин опубликовал работу по генетической классификации озерных котловин мира и установил шесть классов (эндогенные, экзогенные, космогенные, биогенные и антропогенные), одиннадцать подтипов (тектонические, вулканические, гравитационные, гидрогенные, гляциогенные, эоловые, метеоритные, активнобиогенные, органодеструктивные, подпрудные и вырытых котловин), семь подтипов (речные, грунтово-дождевые, карстово-суффозионные, приморские, ледниковые, моренные, мерзлотных котловин) и 123 рода озерных котловин.

3. Оптические явления в озерах

Основными показателями оптических свойств воды являются прозрачность, освещенность и цвет. Прозрачность определяют диском Секки, обычно диаметром 30 см.

Другой важный показатель - освещенность (облученность) горизонтальной поверхности сверху и снизу и ее ослабление с глубиной. Дистиллированная вода имеет сине-голубой цвет, но в воде озер всегда есть взвешенные частицы, детрит, фито - и зоопланктон, растворенные окрашенные органические вещества, которые вызывают изменение цвета воды от сине-голубого, синевато-зеленого, зеленого, желто-зеленого, желтого, желто-коричного и до коричневого. В некоторых случаях, при большом присутствии различно окрашенных планктонных организмов вода может иметь разные цвета от бурого до красного и другого цвета. Цвет воды обусловлен избирательным рассеиванием и поглощением световых лучей.

Вследствие очень большого разнообразия оттенков цвета воды для унификации при его определении были предложены шкалы цветности воды Фореля - Уле. Шкала Ф. Фореля состоит из 10 запаянных пробирок с номерами от I до X от синего до желто-зеленого цвета.

Принимая во внимание роль оптических свойств воды для жизни водоемов и на основании анализа соотношения прозрачности воды, определенной белым диском в летний период, и средней глубины (НпрУНср.) в 1367 озерах, установили, что это соотношение изменяется от 0,02 до 4,40. По этому показателю все озера разбиты на пять основных групп (классов).

Первая группа - оптически очень мелководные (олигофотобатные) озера (126), т.е. прозрачность воды более чем в 4 раза меньше средней глубины озера: Нпр /Нср 0,25. Вторая группа - оптически мелководные озера (олигомезофотобатные) (380) - прозрачность воды в 2-4 раза меньше средней глубины водоема: Нпр. /Нср = 0,25-0,50. Третья группа - оптически среднеглубокие (мезофо - тобатные) озера (508), когда прозрачность воды в 1-2 раза меньше средней глубины озера: Нпр/Нср = 0,5-1,0. Четвертая группа - оптически глубокие (мезополифотобатные) озера (313), т.е. прозрачность их в 1-2 раза больше средней глубины озера: Нпр/Нср = 1-2. Пятая группа - оптически очень глубокие (полифотобатные) озера (40), когда прозрачность воды больше чем в 2 раза средней глубины: Нпр/Нср 2.

Отношение величины прозрачности по белому диску к средней глубине озера можно назвать коэффициентом относительной прозрачности. Водоемы, имеющие отношение менее 0,25, будут иметь очень низкий коэффициент относительной прозрачности; 0,25-0,5 - низкий; 0,5-1 - средний; 1-2 - высокий и более 2 - очень высокий. Впервые этот показатель был использован для установления зависимости биомассы планктона и бентоса озер Карелии и Финляндии (Китаев, 1968, 1970). При изучении озер Урала 3.М. Балабанова (1971) предложила определить отношение максимальной глубины (Нмах) к величине прозрачности, но этот коэффициент, вероятно, менее показателен для характеристики водоемов, чем коэффициент относительной прозрачности.

По ведущей роли в биопродукционных процессах либо планктонных водорослей, либо макро - фитов Т Н. Покровская (1976, 1978) выделяет два типа озер: фитопланктонный и макрофитный. В фитопланктонном типе озер основная роль в биопродукционном процессе принадлежит фитопланк¬тону, в макрофитном - макрофитам.И. И. Николаев (1975, 1978) предлагает делить озера также на два типа: "водоемы, в которых биологическое преобразование веществ и поток энергии идут, в основном, через планктоническое сообщество, можно назвать планктотрофными, а водоемы с преобладанием бентических сообществ - бентотрофными". На основании анализа материалов 1498 озер можно выделить и третий тип водоемов, в которых потоки вещества примерно равновелики (Китаев, 1979). Основным критерием разделения озер на разные трофобиологические структуры является соотношение в биопродукции между:

фитопланктоном и макрофитами (фитобентосом),

зооплантоном и бентосом,

рыбами планктофагами и бентофагами.

В озерах, где ведущую роль в создании автохтонной первичной продукции играет фитопланктон, в кормовой базе для рыб - зоопланктон, в ихтиоценозе - рыбы-планктофаги, трофобиотическая структура будет планктотрофного типа. В озерах, где ведущая роль в создании автохтонной первичной продукции принадлежит макрофитам и фитобентосу, в кормовой базе для рыб - бентосу, а в ихтиоценозе - рыбам-бентофагам, трофобиотическая структура будет бентотрофного типа. В озерах, где в создании автохтонной первичной продукции принимают равновеликое участие фитопланктон, макрофиты и фитобентос, в кормовой базе - зоопланктон и бентос, а в ихтиоценозе - рыбы планктофаги и бентофаги, трофобиотическая структура будет бентопланктотрофного типа (гармоничного). Помимо биологических показателей в качестве критерия разделения водоемов на планктотрофный, бентопланктотрофный и бентотрофный типы можно использовать коэффициенты относительной прозрачности. Обычно озера с очень низким коэффициентом относительной прозрачности относятся к планктотрофному типу, а с очень высоким - к бентотрофному. Работа Г А. Воробьева (1977) по изучению зарастания водной растительностью 229 озер Вологодской области показала четкую зависимость степени зарастания озер макрофитами от коэффициента относительной прозрачности. В озерах с коэффициентом относительной прозрачности 0,25 степень зарастания водной растительностью составляет около 10% площади озера; с коэффициентом относительной прозрачности 1,0 - 40-60% площади; с коэффициентом относительной прозрачности 1,5 - 43-83%) или в среднем 75% площади озера.

Заключение

Лимнология (греч. λίμνε - озеро, λόγος - учение) или озероведение - раздел гидрологии, наука о физических, химических и биологических аспектах озер и других пресных водоёмов, в том числе и водохранилищ.

Во-первых, в интегральном воздействии озер на сток. Озера являются природными регуляторами стока. В отдельных случаях озера при значительном испарении с поверхности их акватории уменьшается годовой сток. В целом же озера участвуют в перераспределении максимального весеннего стока половодья на летний меженный период. Озера задерживают часть твердого стока, регулируют химический сток.

Во-вторых, озера благоприятно воздействуют на микроклимат прибрежных территорий. Тем самым озерный фонд обладает значительными рекреационными ресурсами.

В-третьих, вместе с водным стоком в озера поступает большое количество веществ автохтонного и аллохтонного материала, который в процессе седиментогенеза трансформируется в особые образования, именуемые донными отложениями.

В-четвертых, в озерах создается специфическая среда для жизни организмов, именуемых гидробионтами, которые принимают самое активное участие в функционировании и эволюционном развитии их гидроэкосистем.

В современных условиях роль озер существенно возрастает. В условиях постоянного воздействия антропогенного фактора они остаются хранителями чистой пресной воды. Озера часто являются ядром особо охраняемых территорий - национальных парков, заповедников и заказников различного уровня.

Список использованной литературы

1.Смирнов, Н.Н. Историческая экология пресноводных зооценозов / Н.Н. Смирнов. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. - 302 с.

2.Гидроакустический учет ресурсов байкальского омуля. /РАН, Сибирское отделение, Лимнологический ин-т, Иркутский научный центр, Байкальский музей; отв. ред.В.И. Кудрявцев, Е.В. Дзюба; рец.: Н.М. Буднев и др. - Новосибирск: Наука, 2009. - 156 с.

.Даценко, Ю.С. Эвтрофирование водохранилищ / Ю.С. Даценко. - М.: ГЕОС, 2007. - 212 с.

.Хомутова, В.И. История плейстоценовых озер Восточно-Европейской равнины / В.И. Хомутова [и др.]. - СПб.: Наука, 1998. - 370 с.

.Природа и хозяйственное использование озер Псковской и прилегающих областей / под ред.В.А. Исаченкова. - Псков: Псковское изд-во, 1971.

.Хатчинсон, Д. Лимнология. Географические, физические и химические характеристики озер / Д. Хатчинсон. Сокращенный перевод с английского Г.В. Цыцарина и Г.Г. Шинкар. Москва. Прогресс. 1969.

7.Лимнология [Электронный ресурс]. - Режим доступа: #"center">Приложение

Географическое положение и морфометрические показатели озер.

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.