4.17. Внутренний водообмен при ветровых течениях

К настоящему времени разработано несколько методов оценки внутреннего водообмена через рассматриваемый створ водоема в результате действия течений какого-либо одного вида или суммарных течений. Чаще всего расчетные створы располагают в местах сужений водоема.

Уже давно для расчетов внутреннего водообмена между соседними частями водоема начали использовать метод водного баланса. Позже были предложены другие методы, основанные: на учете динамических изменений объема вод в рассматриваемой части водоема и перепадов уровня между соседними частями водоема; на данных измерений течений в рассматриваемом створе; на использовании данных о режиме ветра, схем макроциркуляции вод и зависимостей между расходами воды и определяющими их факторами.

Расчет внутреннего водообмена методом водного баланса используют для значительных интервалов времени, чтобы обеспечить возможно меньшие погрешности при определении отдельных составляющих притока и оттока вод.

Уравнение водного баланса обычно представляют в виде

где речной приток; подземный приток через берега и дно котловины; приток вод через створ с соседней части водоема; отток вод через створ за пределы рассматриваемой части водоема; осадки на поверхность рассматриваемой части; испарение с поверхности рассматриваемой части водоема; изменение запасов воды в рассматриваемой части водоема.

В методе, основанном на учете динамических изменений объема вод, средний расход воды через рассматриваемый створ за интервал в течение которого сохраняется тенденция изменения уровня от до представляется в виде

где площадь рассматриваемой части водоема.

Этот метод использовался В. Л. Знаменским [53, 54] для оценок внутреннего водообмена между Невской губой и Финским заливом, а также между южной и центральной частями оз. Байкал. Уточненный вариант метода расчета объемов переноса вод по данным о колебаниях уровня был применен в Лимнологическом институте АН СССР и описан в работе В. И. Верболова [23].

Метод расчета водоообмена по перекосу уровня может быть использован как для малых, так и для крупных водоемов. Однако в случаях, когда пролив с расчетным створом соединяет два крупных водоема, наряду с учетом перепада уровня между ними, необходимо учитывать и перепад атмосферного давления. К такому

выводу пришел А. А. Теодорович [194] при решении задачи водообмена между Черным и Азовскнм морями через Керченский пролив.

Расчеты внутреннего водообмена по данным измерений течений выполнялись ранее двумя различными способами.

Один из способов, примененный для оценки водообмена между соседними частями оз. Байкал, основан на использовании данных длительной регистрации течений самописцами, которые устанавливались на заданных горизонтах на нескольких вертикалях [3]. По данным статистической обработки записей течений в точках установки самописцев проводятся изолинии скорости и вычисляются средние расходы воды для характерных периодов. По характерным расходам вычисляются объемы переноса вод для отдельных периодов, а затем для отдельных месяцев, сезонов и всего года.

По второму способу измерения течений проводятся с использованием длительной регистрации в нескольких репрезентативных точках створа и детальных эпизодических съемок течений по створу с семью—десятью вертикалями. По данным измерений, если их количество достаточно, строится зависимость измеренных по створу расходов воды от скорости в репрезентативных точках створа. Могут быть построены две или более зависимости, каждая из которых присуща определенной гидрометеорологической ситуации.

Объем переноса воды через створ в заданном направлении за отрезок времени со сравнительно устойчивой гидрометеорологической ситуацией вычисляется по скорости течения в репрезентативной точке и соответствующему ему расходу воды.

Общин объем переноса воды через створ, например, за безледоставный период вычисляется путем суммирования объемов переноса за отдельные отрезки времени. Таким способом в ГГИ оценен водообмен между Западным и Восточным Балхашем через прол. Узунарал.

Расчеты водообмена с использованием сведений о повторяемости ветра (или синоптических ситуаций), зависимостей между скоростью течения и определяющими факторами, а также обобщенных схем макроциркуляции вод использовались в ГГИ для решения разных задач.

При решении задачи водообмена между южной и центральной частями оз. Байкал повторяемость характерных синоптических ситуаций над озером принималась по данным Иркутскгидромета, элементарные расходы воды определялись по эмпирическим зависимостям из работы [178], а схемы макроциркуляции устанавливались по данным исследований ветровых течений на пространственной гидравлической модели озера [181]. Расчетным методом в ГГИ определено распределение внутреннего водообмена по длине оз. Балхаш при действии ветровых течений. Эта задача решалась с использованием следующих материалов: сведений о повторяемости ветров различной скорости и разного

направления; зависимостей скорости ветрового течения от определяющих факторов, представленных формулами (4.13), (4.15), (4,24) и (4.25); типовых схем макроциркуляции вод в водоеме простых очертаний, представленных в гл. 2. Результаты этих расчетов рассматриваются в гл. 5 совместно с результатами расчетов внутреннего водообмена под действием, сейшевых течений.