Время удержания в озере (также называемое временем пребывания озерной воды, или возрастом воды , или временем промывки ) — это расчетная величина, выражающая среднее время, которое вода (или некоторое растворенное вещество) проводит в определенном озере . В простейшем случае эта цифра является результатом деления объема озера на поток в озеро или из него. Она примерно выражает количество времени, необходимое для того, чтобы вещество, введенное в озеро, снова вытекло из него. Время удержания особенно важно, когда речь идет о наводнениях или загрязняющих веществах ниже по течению .
Глобальное время удержания для озера (общее среднее время, которое вода проводит в озере) рассчитывается путем деления объема озера либо на среднюю скорость притока всех притоков , либо на среднюю скорость оттока (в идеале включая испарение и просачивание ). Эта метрика предполагает, что вода в озере хорошо перемешана (а не стратифицирована ), так что любая часть воды озера во многом похожа на любую другую. В действительности, более крупные и глубокие озера, как правило, не являются хорошо перемешанными. Многие крупные озера можно разделить на отдельные части с ограниченным потоком между ними. Глубокие озера, как правило, стратифицированы, при этом более глубокая вода нечасто смешивается с поверхностной водой. Их часто лучше моделировать как несколько отдельных подобъемов воды. [1]
Можно рассчитать более конкретные показатели времени пребывания для конкретного озера, например, индивидуальное время пребывания для подобъемов (например, отдельных рукавов) или распределение времени пребывания для различных слоев стратифицированного озера. Эти показатели часто могут лучше выразить гидродинамику озера . Однако любой такой подход остается упрощением и должен руководствоваться пониманием процессов, происходящих в озере.
Для выяснения того, как работает конкретное озеро, можно использовать два подхода (часто в сочетании): полевые измерения и математическое моделирование . Одним из распространенных методов полевых измерений является введение трассера в озеро и отслеживание его движения. Это может быть твердый трассер, такой как поплавок, сконструированный так, чтобы иметь нейтральную плавучесть в определенном слое воды, или иногда жидкость. Этот подход иногда называют использованием системы отсчета Лагранжа . Другой подход к полевым измерениям, использующий систему отсчета Эйлера , заключается в захвате различных свойств воды озера (включая движение масс, температуру воды, электропроводность и уровни растворенных веществ, как правило, кислорода) в различных фиксированных положениях в озере. Из этого можно построить понимание доминирующих процессов, действующих в различных частях озера, а также их диапазона и продолжительности. [1]
Полевые измерения сами по себе обычно не являются надежной основой для генерации времени пребывания, в основном потому, что они обязательно представляют собой небольшое подмножество местоположений и условий. Поэтому измерения обычно используются в качестве входных данных для численных моделей. Теоретически было бы возможно интегрировать систему гидродинамических уравнений с переменными граничными условиями в течение очень длительного периода, достаточного для того, чтобы втекающие частицы воды вышли из озера. Затем можно было бы рассчитать время перемещения частиц с помощью метода Лагранжа. Однако этот подход превышает детализацию, доступную в текущих гидродинамических моделях, и возможности текущих компьютерных ресурсов. Вместо этого модели времени пребывания, разработанные для динамики газа и жидкости , химической инженерии и биогидродинамики, могут быть адаптированы для генерации времени пребывания для подобъемов озер. [1]
Одной из полезных математических моделей является измерение того, как быстро притоки способны пополнить озеро. Время обновления — это конкретная мера времени удержания, где основное внимание уделяется «сколько времени требуется, чтобы полностью заменить всю воду в озере». Такое моделирование может быть выполнено только с точным бюджетом всей воды, полученной и потерянной системой. Время обновления просто становится вопросом того, как быстро притоки озера могут заполнить весь объем бассейна (это все еще предполагает, что оттоки неизменны). Например, если бы озеро Мичиган опустело, его притокам потребовалось бы 99 лет, чтобы полностью заполнить озеро. [2]
Указанное время пребывания взято из информационного поля в соответствующей статье, если не указано иное.