Внешний и внутренний водообмен водоема, их показатели.

Водообмен – совокупность физических процессов, приводящих к смене воды в водном объекте, замещению одних водных масс, находящихся в нем, другими водными массами (с иными свойствами), поступающими в него из сопредельных объектов гидросферы. Различают В. внешний и внутренний. Внешним В. логично называть обмен водного объекта (например, водоема) с атмосферой, с грунтами ложа (это его вертикальная составляющая) и с соседними участками гидрографической сети (горизонтальная составляющая). Интенсивность внешнего В. характеризуется всем количеством воды, учитываемым либо суммой приходных, либо суммой расходных компонентов водного баланса объекта. Они имеют размерность расхода воды (V км3/год или Q м3/c в среднем за расчетный период) либо удельной скорости поступления воды или ее потерь с единицы поверхности водного объекта в виде слоя h мм за год, месяц и т.д. Приводимое здесь определение термина "внешний В." отличается от используемого некоторыми гидрологами, которые называют им соотношение величины V и запаса воды W в объекте гидросферы. Это соотношение имеет размерность времени R = W / V (год, секунда), а обратная ему величина К в = V / W характеризует кратность замены воды в объекте. Эти соотношения справедливы лишь в случае допущения фронтального вытеснения одних водных масс (см.) другими без какого-либо их смешения между собой. В действительности, вследствие их частичного перемешивания при движении в водном объекте период внутреннего В., т.е. среднее время пребывания частиц воды в водном объекте, в 1,5—3 раза больше величины R, которую поэтому можно условно считать минимальным временем пребывания воды в водном объекте или периодом условного возобновления запасов воды в нем. Коэффициент В. K в однозначен только при установившемся режиме внутреннего водообмена, когда величина притока V и величина стока Y воды из водного объекта равны, поэтому лучше пользоваться уравнением В.Н.Штефана (1975) К в = (V + Y) / 2W (здесь W — средний объем воды в объекте в течение расчетного периода), применимым для неустановившегося режима и обращающимся в традиционное выражение К в при V = Y. Таким образом, внутренний В. — это совокупность динамических процессов, протекающих в водном объекте и приводящих к обмену вод как внутри, так и между отдельными его районами, участками и слоями. Интенсивность внешнего и внутреннего В. в водоемах взаимосвязана, поскольку горизонтальная составляющая первого из них проявляется в форме стокового течения (см.), одного из главных видов внутриводоемных динамических процессов. С увеличением горизонтальной составляющей внешнего В. растет интенсивность внутреннего В., проточность водоема. И наоборот, в водоемах, где превалирует вертикальная составляющая внешнего В. над горизонтальной (например, бессточное озеро (см.), океан) роль стоковых течений во внутреннем В. минимальна в сравнении с конвекцией (см.), дрейфовыми течениями (см.), интенсивность которых непосредственно связана с водо- и энергообменом водоема с атмосферой.

Средний многолетний период условного возобновления запасов воды R наиболее продолжителен для подземных льдов зоны многолетнемерзлых пород (10000 лет) и для ледников (9700) криосферы Земли. Этот показатель интенсивности В. для Мирового океана составляет 2650 лет, для подземных вод — 1400 лет, для озер 17 лет (от недель для сильнопроточных озер до 380 лет для Байкала), для болот — 5 лет, для долинных водохранилищ (см.) — 52 дня (от 2 суток, например для Нижне-Свирского до почти 2 лет для Братского и 3 лет для Зейского, крупнейших африканских водохранилищ Вольта, Кариба и водохранилища Мид на р.Колорадо в США), для незарегулированных рек — 19 дней, для воды в атмосфере — 8 дней, в организмах - несколько часов. Главными географическими факторами интенсивности В. водоемов, в соответствии с формулой К в = V / W = (y / H) phi, служат азональные: удельный водосбор (см.) водоема phi и средняя глубина Н, а также средний годовой слой стока (см.) с водосбора y, распределение которого подчиняется законам географической зональности и высотной поясности. Интенсивность В. в реках и проточных водоемах суши сильно меняется от года к году и от сезона к сезону, так как зависит от водности фаз стока: максимальна в половодье и минимальна в межень. Например, в речной сети р.Москвы до г.Москвы среднегодовая величина R до сооружения водохранилищ системы Москворецкого источника водоснабжения столицы составляла 12 суток, сокращаясь в половодье до 3—6 суток в годы разной водности и возрастая в зимнюю межень до 18 суток. После сооружения водохранилищ среднее время пребывания зимних вод в преобразованной речной сети возросло в 43 раза, а весенних вод — в 145—290 раз, что послужило главным фактором интенсификации процессов самоочищения речной воды от взвесей, сапрофитных бактерий, большого количества растворенных органических и минеральных биогенных веществ. Таким образом, В. — важнейшая интегральная абиотическая характеристика состояния водной экосистемы. Подтверждением этого служит зависимость трофического состояния озер от величины их В. и притока соединений фосфора с водосбора, и широко используемая лимнологами для оценки опасности антропогенного эвтрофирования (см.) водоемов суши.