Время удерживания озера (также называемое временем пребывания озерной воды, возрастом воды или временем промывки ) — это расчетная величина, выражающая среднее время, которое вода (или какое-либо растворенное вещество) проводит в конкретном озере . В простейшем случае эта цифра представляет собой результат деления объема озера на приток в озеро или из него. Он примерно выражает количество времени, необходимое веществу, попавшему в озеро, чтобы снова вытечь из него. Время удерживания особенно важно, когда речь идет о наводнениях ниже по течению или загрязняющих веществах .
Общее время удержания озера (общее среднее время, в течение которого вода находится 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 ). ). Этот показатель предполагает, что вода в озере хорошо перемешана (а не расслоена ), поэтому любая часть воды в озере очень похожа на любую другую. На самом деле, более крупные и глубокие озера, как правило, плохо перемешаны. Многие крупные озера можно разделить на отдельные части с ограниченным потоком между ними. Глубокие озера обычно стратифицированы, при этом более глубокие воды редко смешиваются с поверхностными водами. Их часто лучше моделировать как несколько отдельных подобъемов воды. [1]
Можно рассчитать более конкретные значения времени пребывания для конкретного озера, например, индивидуальное время пребывания для отдельных объемов (например, отдельных рукавов) или распределение времени пребывания для различных слоев стратифицированного озера. Эти цифры часто могут лучше выразить гидродинамику озера. Однако любой такой подход остается упрощением и должен основываться на понимании 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 в озеро трассера и наблюдение за его движением. Это может быть твердый индикатор, например поплавок, обладающий нейтральной плавучестью в определенном слое воды, а иногда и жидкости. Этот подход иногда называют использованием лагранжевой системы отсчета . Другой подход к полевым измерениям с использованием эйлеровой системы отсчета заключается в регистрации различных свойств озерной воды (включая движение масс, температуру воды, электропроводность и уровни растворенных веществ, обычно кислорода) в различных фиксированных положениях в озере. На основании этого можно составить представление о доминирующих процессах, действующих в различных частях озера, их масштабах и продолжительности. [1]
Сами полевые измерения обычно не являются надежной основой для определения времени пребывания, главным образом потому, что они обязательно представляют собой небольшую подгруппу мест и условий. Поэтому измерения обычно используются в качестве входных данных для численных моделей. Теоретически можно было бы интегрировать систему гидродинамических уравнений с переменными граничными условиями за очень длительный период времени, достаточный для того, чтобы приходящие частицы воды покинули озеро. Тогда можно было бы рассчитать время путешествия частиц, используя метод Лагранжа. Однако этот подход превышает детализацию, доступную в текущих гидродинамических моделях, и возможности современных компьютерных ресурсов. Вместо этого модели времени пребывания, разработанные для газо- и гидродинамики , химической технологии и биогидродинамики, могут быть адаптированы для расчета времени пребывания для отдельных объемов озер. [1]
Одна из полезных математических моделей — это измерение того, насколько быстро приток воды способен наполнить озеро. Время обновления — это конкретный показатель времени удерживания, при котором основное внимание уделяется тому, «сколько времени потребуется, чтобы полностью заменить всю воду в озере». Такое моделирование можно выполнить только с точным расчетом всей воды, получаемой и теряемой системой. Время обновления просто становится вопросом , насколько быстро притоки озера смогут заполнить весь объем бассейна (при этом предполагается, что отток не изменится). Например, если бы озеро Мичиган было опустошено, его притокам потребовалось бы 99 лет, чтобы полностью заполнить озеро. [2]
Указанное время пребывания взято из информационного окна в соответствующей статье, если не указано иное.