PT - JOURNAL ARTICLE
AU - Потахин, М. С.
TI - Оценка объема воды озер статистическими методами (на примере водосбора Онежского озера)
DP - 2023-04-11
SO - https://rep.herzen.spb.ru/publication/958
AB - Введение В мире насчитывается примерно 8.5 млн. озер с площадью водной поверхности от 0.01 км2 включительно [10]. При этом только для 300-400 тыс. из них определены показатели объема воды, средней и максимальной глубины. Таким образом, всего лишь около 4% водоемов мира являются батиметрически измеренными [6]. Именно поэтому в лимнологических исследованиях, носящих как глобальный, так и региональный характер, получили распространение статистические зависимости объема воды озер от площади их поверхности [1, 6, 7, 8, 9 и др.]. Эти регрессии полезны для практических целей, поскольку позволяют рассчитать значения объема по получаемым картографическими методами значениям площади водоемов. Регион исследований, объекты и методы Онежское озеро - второй по величине пресноводный водоем Европы с площадь поверхности около 10 тыс. км2 и площадью водосборного бассейна более 53 тыс. км2. Водосбор характеризуется развитой гидрографической сетью, насчитывающей свыше 6.5 тыс. рек и 9.5 тыс. озер [2]. Суммарная площадью водоемов достигает 3.5 тыс. км2, озерность бассейна превышает 6.5%. Озера достаточно хорошо изучены, различаются по разнообразным лимнологическим характеристикам, в том числе, генезису и морфометрии. Для проведения исследования была обобщена информация по морфометрии 321 водоема, расположенного в пределах водосбора Онежского озера. Использовались кадастровые данные (235 озер) [4, 5], литературные источники (65 озер) и материалы экспедиционных исследований (21 озеро). Ранее была проведена классификация озер водосборного бассейна, исходя из генетических особенностей вмещающего рельефа [3], и выделено 4 типа водоемов. Для каждого типа были рассчитаны диапазоны изменения и средние 191 значения основных морфометрических характеристик. Далее для выделенных типов озер были получены регрессионные зависимости объема воды (V) от площади поверхности (A). Результаты и обсуждение Тип I - озера в пределах развития денудационно-тектонического рельефа. Их характеризует большие размеры, вытянутая форма, большие глубины и конусообразная форма котловин. Среди них преобладают котловины тектонического генезиса. Для водоемов данного типа была получена регрессия: V = 0.0063A 1.09, (1) n = 42, r = 0.89, где n - объем выборки, r - коэффициент корреляции. Тип II - озера в пределах развития водно-аккумулятивного рельефа (озерно-ледниковые равнины). Их отличает более низкое гипсометрическое положение, форма близкая к округлой и небольшие глубины. Среди них преобладают котловины ледникового генезиса (остаточно-аккумулятивные и реликтовые). Для озер второго типа была получена регрессия: V = 0.0013A 1.19, (2) n = 37, r = 0.94. Тип III - озера в пределах развития ледниково-аккумулятивного рельефа (моренные равнины). Их характеризует высокое гипсометрическое положение, относительно простая форма и небольшие глубины. Среди них преобладают котловины ледникового происхождения (простые и сложные аккумулятивные). Для водоемов третьего типа была получена регрессия: V = 0.0055A096, (3) n = 91, r = 0.91. Тип IV - озера в пределах развития ледниково-аккумулятивного рельефа (ледораздельные аккумулятивные возвышенности). Они имеют наибольшее распространение, отличаются более высоким гипсометрическим положением, малыми размерами, относительно простая форма и небольшие глубины. Среди них преобладают котловины ледникового генезиса (простые и сложные аккумулятивные, ледниково-просадочные), в южной части водосбора имеют распространение озера карстового происхождения. Для водоемов четвертого типа была получена регрессия: V = 0.0028 A112, (4) n = 151, r = 0.91. Рассчитанные регрессии (1-4) позволяют по значениям A оценить значения V, а также значения средней глубины (Ha ), т.к.: V = A-Ha. (5) Предположим, что водоем принадлежит к типу I и имеет A = 3.4 км2. Используя уравнение (1) получаем значение V = 0.0239 км3. Далее, используя зависимость (5) получаем значение Ha = 7.0 м. Если озеро с такими же размерными характеристиками принадлежит к типу II, используя уравнение (2), 192 получаем значение V = 0.00558 км3 и значение Ha = 1.7 м и т.д. Регрессии проверены на независимой выборке батиметрически измеренных водоемов водосборного бассейна Ладожского озера [4, 5]. Было выбрано 20 озер, расположенных в схожих генетических типах рельефа (тип I-IV). Для них, по расчитаным уравнениям (1-4), были получены значения объема (V1) и средней глубины (Ha1), затем рассчитанные значения сравнивались с фактическими значениями V и Ha. Как видно из таблицы, наименьшая ошибка расчета объема и средней глубины обнаружена для озер II и III типа - отклонение Ha |0.0-2.1| м и |0.0-2.6| м соответственно, наибольшая ошибка для озер IV типа - отклонение Ha |0.7-7.9| м. Таблица - Проверка регрессионных зависимостей для различных типов озер Озеро Тип A, км2 V, км3 V1, км3 Отклонение, км3 Ha, м Ha1, м Отклонение, м Хюмпелянярви I 5.0 0.0340 0.0364 |0.0024| 6.8 7.3 |0.5| Лавиярви I 2.2 0.0231 0.0149 |0.0082| 10.5 6.8 |3.7| Ристиярви I 1.1 0.00957 0.00699 |0.00258| 8.7 6.4 |2.3| Хипполанярви I 0.60 0.00426 0.00361 |0.00065| 7.1 6.0 |1.1| Валкиаярви I 0.50 0.00415 0.00296 |0.00119| 8.3 5.9 |2.4| Яймяярви II 2.5 0.00525 0.00387 |0.00138| 2.1 1.5 |0.6| Юлялампи II 1.3 0.00234 0.00178 |0.00056| 1.8 1.4 |0.4| Хияярви II 0.90 0.00306 0.00115 |0.00191| 3.4 1.3 |2.1| Руоколампи II 0.60 0.000960 0.000708 |0.000252| 1.6 1.2 |0.4| Алалампи II 0.57 0.000684 0.000667 |0.000017| 1.2 1.2 |0.0| Исо-Ийярви III 8.5 0.0510 0.0429 |0.0081| 6.0 5.0 |1.0| Уксуярви III 2.8 0.0148 0.0148 |0.0000| 5.3 5.3 |0.0| Салменярви III 1.0 0.00580 0.00550 |0.00030| 5.8 5.5 |0.3| Иля-Вехкаярви III 0.17 0.000697 0.00100 |0.000303| 4.1 5.9 |1.8| Ала-Вехкаярви III 0.17 0.000561 0.00100 |0.000439| 3.3 5.9 |2.6| Вохтозеро IV 8.5 0.0978 0.0308 |0.0670| 11.5 3.6 |7.9| Кайназярви IV 6.1 0.00793 0.0212 |0.0133| 1.3 3.5 |2.2| Габозеро IV 1.2 0.00504 0.00343 |0.00161| 4.2 2.9 |1.3| Тюрумюсярви IV 0.60 0.00264 0.00158 |0.00106| 4.4 2.6 |1.8| Веттозеро IV 0.15 0.000435 0.000334 |0.000101| 2.9 2.2 |0.7| Выводы Для разнотипных водоемов водосборного бассейна Онежского озера получены регрессии, позволяющие оценить неизвестные значения объемов озер по известным значениям их площадей. Проведенная проверка зависимостей расчета на выборке из 20 озер, показала наименьшую ошибку для водоемов озерно-ледниковых и моренных равнин, наибольшую - для водоемов ледораздельных возвышенностей. Это можно объяснить тем, что последние отличаются разнообразием генетических типов котловин, имеют более сложное морфологическое строение и, следовательно, больший спектр морфометрических характеристик.