Особенности морфологии котловин озер г. Казани

ВЕСТНИК ТГГПУ. 2011. №2

УДК 551.481.1

ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ КОТЛОВИН ОЗЕР Г.КАЗАНИ

© И.С.Шигапов, Н.М.Мингазова, А.Г.Мусин

Рассмотрены показатели морфологического строения котловин озер г.Казани и проведен их статистический анализ. Выявлено, что котловины большинства озер г.Казани мелководны, имеют пара-болоидный профиль и овальную форму в плане.

Ключевые слова: озеро, котловина, морфология, глубина, профиль.

Постановка проблемы

В настоящее время в связи с ухудшением качества пресных природных вод особую важность приобретает проблема рационального использования, охраны и восстановления ресурсов озерного фонда. При этом в условиях города малые озера приобретают большое рекреационное и средообразующее значение [1]. В ряде стран Европы и Америки учитываются с занесением в каталоги все озера, содержащие пресную воду, включая карликовые [2].

Озера являются расходно-накопительными системами и накопление вещества в озерах играет важную роль в эволюции озерных геосистем. Еще Верещагин Г.Ю. отмечал определяющую роль морфометрии и морфологии котловины озера в лимнических процессах. Развитием этого подхода к изучению внутриводоемных процессов в разное время также занимались Э.Хатчинсон, Б.Б.Богословский, Л.Л.Россолимо, И.Н.Сорокин,

Д.В.Севастьянов и др. [3]. Рассматривалась зависимость физико-химических параметров воды озер г.Казани от морфометрических параметров [4]. В настоящее время проблема изучения морфологии котловин озер г.Казани приобретает особую актуальность в связи с необходимостью развития и совершенствования оценок взаимосвязи морфометрических и эко-лимнологических характеристик городских водоемов.

Материалы и методы Исследования проводились путем анализа фондовых материалов лаборатории оптимизации водных экосистем (ЛОВЭ) факультета географии и экологии Казанского (Приволжского) федерального университета по инвентаризации водных объектов г.Казани. Объекты исследования - малые разнотипные озера г.Казани - всего 190 водоемов. В ходе исследования были изучены батиметрические схемы всех озер, построены продольные и поперечные профили, кривые площадей и объемов озер, рассчитаны соответствующие коэффициенты.

Обсуждение результатов Особенности морфологии котловин озер г. Казани во многом объясняются их генезисом.

Однако они также могут служить и показателем степени антропогенного воздействия, т.к. немаловажное значение в формировании котловин городских водоемов Казани приобретает антропогенный фактор. Результаты статистического анализа морфологических показателей озер г.Ка-зани приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты статистического анализа морфологических данных о котловинах озер

г.Казани

Параметры озер Среднее Меди- ана Мода Макс. значе- ние Мин. зна- чение

Показатель удлиненности 3,9 2,3 1,7 51,8 1,07

Показатель развития береговой линии 1,6 1,4 1,2 6,22 1,03

Максимальная глубина, м 2,1 1,5 1,1 18,6 0,2

Средняя глубина, м 0,9 0,7 0,7 7,0 0,1

Коэффициент открытости 28745,7 5075,5 4167,1 972180,0 227,3

Показатель емкости озерной котловины 0,44 0,46 0,52 0,89 0,44

Форма озера в плане характеризует сложность строения котловины. В ходе исследования нами были выделены разнообразные формы озер (рис.1), что свидетельствует о различном происхождении озер г.Казани. Так дугообразная форма оз.Шанхай (рис.1в) с направлением вершин озера в сторону р.Волги свидетельствует о её формировании путем отчленения одной из проток р.Волги. Большинство озер г.Казани имеют округлые и удлиненные очертания формы озерной котловины.

Показатель удлиненности озер определяется как отношение длины озера к средней ширине и характеризует вытянутость озерной котловины. Большинство из исследуемых озер имеет показатель удлиненности 1,00-2,00 - 86 озер (45,3%) и по форме очертаний водной поверхности близки

к кругу или овалу (табл.2). 49 озер (25,8%) имеют показатель удлиненности 2,00-3,00. Показатель удлиненности 3,00-4,00 имеют 18 озер (9,5%). В промежутке 4,00-10,00 находятся пока-

Среднее значение показателя удлиненности котловины - 3,9, медиана - 2,3, мода - 1,7. Пойменные и искусственные водоемы в основном имеют овальную и овально удлиненную форму (показатель удлиненности 2,00-5,00). Например, показатель удлиненности оз.Майданное составляет 3,26. Округлую форму в основном имеют суффозионные (оз. по ул.Чишмяле), суффозион-но-карстовые озера и некоторые искусственные озера. Правильные очертания формы озер в плане обычно свойственны искусственным озерам.

Показатель развития береговой линии характеризует изрезанность берегов озера и определяется

затели удлиненности 27 озер (14,2%). Всего 10 озер (5,3%) имеют показатель удлиненности свыше 10,00 (наибольшие показатели у протоки Булак - 51,75 и оз.Подувалье - 31,34).

как отношение длины береговой линии к длине окружности круга, площадь которого равна площади водного зеркала озера [5]. Для озер г.Казани этот показатель изменяется от 1,03 (оз.Карасиное) до 6,22 (оз.Ботаническое). Среднее значение составляет 1,6, медиана - 1,4, мода - 1,2. Большинство озер имеет показатель развития береговой линии в пределах от 1 до 2 - всего 160 озер или 84,2% (табл.3). Следующую группу - 19 озер (10,0%) образуют озера с показателем развития береговой линии от 1 до 2. У 10 озер (5,8%) показатель развития береговой линии свыше 2.

Таблица 3.

Распределение озер г.Казани

по показателю развития береговой линии

Показатель развития береговой линии Число озер

Всего % от общего числа

1-2 160 84,2

2-3 19 10,0

3-4 6 3,2

4-5 3 1,6

5-6 1 0,5

Свыше 6 1 0,5

Всего 190 100

Пониженные значения показателя развития береговой линии обычно характерны для суффо-зионных озер, высокие - для пойменных и дельтовых водоемов. В целом для г.Казани средняя величина данного показателя (1,6) указывает на

Рис.1. Формы в плане некоторых озер г.Казани.

Таблица 2. Распределение озер г.Казани по показателю удлиненности__________

Показатель удлиненности Количество озер

Всего % от общего числа

1,00-2,00 86 45,3

2,00-3,00 49 25,8

3,00-4,00 18 9,5

4,00-5,00 7 3,7

5,00-6,00 6 3,2

6,00-7,00 6 3,2

7,00-8,00 3 1,6

8,00-9,00 3 1,6

9,00-10,00 2 1,1

Свыше 10,00 10 5,3

Всего 190 100

преобладание процесса сглаживания береговой линии озер.

Максимальная глубина исследуемых озер относительно невелика и редко превышает 5 м (табл.4). Среднее значение составляет 2,1 м, медиана - 1,5 м, мода - 1,1 м.

Таблица 4. Распределение озер г.Казани по максимальной глубине_____________

Максимальная глубина, м Число озер

Всего % от общего числа

До 1 43 22,6

1-2 98 51,6

2-3 24 12,6

3-4 14 7,4

4-5 4 2,1

Свыше 5 7 3,7

Всего 190 100

Значения максимальных глубин озер могут косвенно свидетельствовать об их генезисе: большие максимальные глубины обычно имеют озера карстового происхождения. Более половины озер г.Казани - 98 озер (51,6%) - имеют максимальную глубину 1-2 м. Такие малые максимальные глубины обычно характерны для озер суффозионного происхождения. Максимальные глубины 2-3 м имеют 24 озера (12,6%), а 3-4 м -14 озер (7,4%). Максимальные глубины от 4 до 5 м имеют 4 озера (2,1%) - Мал. Глубокое (4,6 м), Восточное (4,5 м), Центральное в Парке Победы (4,4 м), Ботаническое (4,0 м).

К наиболее глубоководным озерам г.Казани можно отнести озера с абсолютной глубиной более 5 м, таковых обнаружено 7 озер: Средний Кабан (22,8 м), Осиновское (18,6 м), Изумрудное (18 м), Бол. Глубокое (13,5 м), Нижний Кабан (12 м), Верхний Кабан (10 м), Песчаное (8,5 м). Всего 2 озера из вышеперечисленных (Изумрудное и Песчаное) имеют искусственное происхождение, в генезисе остальных озер имеют место карстовые процессы.

Средняя глубина водоемов колеблется от 0,05 м (озерно-болотный комплекс (ОБК) по ул. Хибинская) до 7 м (оз.Изумрудное). Причем абсолютное большинство озер - 131 озеро (74,9%) имеют среднюю глубину до 1м (табл. 5). Средние глубины в 1-2 м имеют 35 озер (20%), 5,1% от общего числа (9 озер) имеют глубины свыше 2 м: оз.Центральное в Парке Победы (2,5 м), Длинная старица р.Казанки (2,4 м), оз.Малое Глубокое (2,3 м), оз.Изумрудное (7 м), оз. Оси-новское (6,5 м), оз.Большое Глубокое (6,5 м),

оз.Верхний Кабан (6,5 м), оз.Средний Кабан (6,5 м), оз.Нижний Кабан (6,5 м).

Таблица 5. Распределение озер г.Казани _____по средней глубине______________

Средняя глубина, м Число озер

Всего % от общего числа

До 1 146 76,8

1-2 35 18,4

Свыше 2 9 4,7

Всего 190 100

При рассмотрении средней и максимальной глубин озер различного происхождения можно отметить, что суффозионные и пойменные озера обычно имеют малые средние и максимальные глубины. Озера карстового происхождения, напротив, имеют большие значения средней и максимальной глубины. Из рисунка 2 видно, что значения средних глубин малых озер г.Казани часто составляют половину значений от максимальных глубин.

0.0

2.0

4.0

6.0 ».О 10.0 Ш>

14.0

16.0 18.0 20.0

Рис.2. Соотношение средних и максимальных глубин озер различного происхождения (в метрах).

Среднее значение показателя средней глубины озер г.Казани - 0,94 м, медиана - 0,68 м, мода

- 0,68 м. Таким образом, большинство озер г.Казани мелководны. Данный факт определяет особенности термического режима в них - быстрый прогрев и охлаждение водной массы.

Показатель открытости определяется как отношение площади озера к средней глубине котловины. Будучи характеристикой озерной ванны, показатель открытости опосредует степень стратификации и устойчивости через воздействие метеофакторов на водную массу. Для озер г.Ка-зани величина данного показателя изменяется в широких пределах от 227 (оз.Запорожское) до 972180 (ОБК по ул .Хибинская). Большая часть озер (56,1%) имеет показатель открытости от 1000 до 10000 (табл.6).

Таблица 6. Распределение озер г.Казани по величине _________показателя открытости_____________

Показатель открытости Число озер

Всего % от общего числа

До 1000 16 8,4

1000-10 тыс. 108 56,8

10 тыс.-100 тыс. 57 30,0

Более 100 тыс. 9 4,7

Всего 190 100

Показатель открытости позволяет судить о степени перемешивания водных масс и возможности возникновения стратиграфии. Сочетание значительной площади водоемов и мелководно-сти озер Казани обеспечивает перемешивание вод вследствие ветровых процессов и, соответственно, улучшение режима внутренней циркуляции водной массы. Величину показателя открытости до 1000 имеют 16 озер (8,4% от общего числа). 9 озер (4,7%) имеют величину показателя открытости свыше 100 тыс. Средняя величина показателя открытости для озер г.Казани -28 745,7, медиана - 5075,5, мода - 4167,1.

Показатель емкости озерной котловины определяется как отношение средней глубины озера к максимальной и позволяет сопоставить котловину озера с телами вращения. Для цилиндра это отношение равно 1, для параболоида - 0,68, для конуса

- 0,33. Для озер г. Казани данный показатель изменяется от 0,04 (оз.Бирюзовое) до 0,89 (оз.Запорожс-кое), но преобладают водоемы с коэффициентом емкости в пределах 0,25-0,5, всего 86 озер (45,3%) (табл.7), среди них оз. Бол. Лебяжье - 0,47 (суффо-зионное), оз.Бол. Глубокое - 0,5 (карстовое). Вторую по численности группу образуют озера с коэффициентом емкости от 0,5 до 0,75, всего 71 озеро (37,4%), в этой группе такие озера, как Нижний Кабан - 0,54 (старично-карстовое), Давлекеевское

- 0,6 (пойменное). Следовательно, форма котловины у 157 озер (82,6%) близка к форме конуса и параболоида, что обычно характерно для суффозион-но-карстовых и пойменных озер соответственно.

Таблица 7.

Распределение озер г.Казани по величине

показателя емкости озерной котловины

Показатель емкости Число озер

Всего % от общего числа

0-0,25 29 15,3

0,25-0,5 86 45,3

0,5-0,75 71 37,4

0,75-0,89 4 2,1

Всего 190 100

Результаты статистического анализа показывают, что среднее значение показателя емкости озерной котловины для озер г.Казани составляет

0,44, медиана - 0,46, мода - 0,52. Если брать за основу средние данные, форма котловины большинства из озер г.Казани приближена к параболоиду.

Пространственные аспекты распределения глубин по площади озер выявляются при изучении батиметрических схем и профилей водных объектов г.Казани. Батиметрические схемы вкупе с натурными наблюдениями использовались при определении происхождения большинства озер г.Казани.

Например, у озера по ул.Циолковского, д.72 форма озера в плане приближена к кругу (рис.3), что в совокупности с малыми размерами (1=35,0 м, Вср=26,0 м), малой глубиной (Ьср=0,2 м, Ьщах=0,9 м) и плавным концентричным повышением глубин от периферии к центру указывает на суффозионное происхождение.

Рис.3. Батиметрическая схема озера по улице Циолковского, д.72. Изобаты проведены через 0,1 м, шаг клетки 5 м (фондовые материалы ЛОВЭ КФУ).

При рассмотрении кривых объемов и площадей оз.Центральное в Парке Победы можно отметить, что наибольшая площадь приходится на глубины от 2,2 м до 3,1 м (рис.4), что указывает на относительно ровное дно котловины. Основной объем водной массы (около 5 тыс.м3) расположен на глубинах от 1,6 м до 2,5 м.

V тыс. м3

О 2 4 6 3 Ю 12

0,23 0,69 1 ,1 6 1 ,62

2,08 Ьі.М 2.55 3,01 3,47 3,94 4.4

Рис.4. Кривые площадей и объемов искусственного озера (оз.Центральное в Парке Победы).

Изучение продольных и поперечных батиметрических профилей озер г.Казани наглядно демонстрирует форму озерных котловин, кроме того, они дают также хорошее представление о происхождении озер. Например, профиль озера

Выводы

При проведении исследования на территории г.Казани выделены разнообразные формы озер, что свидетельствует об их различном происхож-

по ул.Школьная в пос.Кадышево (рис.5а) имеет форму почти правильного параболоида, что указывает на его пойменное происхождение.

Форма котловины оз.Светлое у б/о "Искра" приближена к конусовидной. Глубина озера, ближе к центральной части озера уменьшается, это позволяет предположить повышение плотности грунта дна от периферии к центру, что является одним из признаков озер суффозионного генезиса.

Профиль котловины озера по ул.Паровозная имеет четко выраженную конусообразную форму, что в совокупности с другими признаками позволяет предположить карстовое происхождение котловины.

Для искусственной котловины оз.Централь-ное в Парке Победы характерна трапециевидная форма профиля. Глубина озера достигает уровня 3,0-3,5 м на расстоянии 40-50 м от берегов и практически не меняется по всей остальной площади озера.

дении. Значительная часть исследуемых озер имеет показатель удлиненности 1,00-2,00 (42,9%) и по форме очертаний водной поверхности близко к кругу или овалу, с показателем развития бе-

І.М

6,0 12,0 18,0 24,0 30,0 36,0 42,0 48,0 54,0 60,0

а) пойменное

1,М

30,0 60,0 90,0 120.0 150,0 180,0 210,0 225,0

в) карстовое

Рис.5. Поперечные батиметрические

20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 176,7

б) суффозионное

5П.П 1flfl.fi 1Sfi.fi ?п 1,м .0 5fifi.fi ЯП 1.П 34 Ї.П ifin.fi 4rtrt.fi АЯА.П

г) искуственное (озеро Центральное в Парке Победы) озер различного происхождения.

реговой линии от 1 до 2 (83,3%). Большинство озер (74,9%) имеют среднюю глубину до 1 м, более половины озер города (50,3%) - максимальную глубину 1-2 м. По значению показателя емкости озерной котловины преобладают водоемы с коэффициентом емкости в пределах 0,25-0,5 (45,3%).

1. Мингазова Н.М. Флора и растительность водоемов г.Казани // Экология города Казани - Казань: Изд-во "Фэн" Академии наук РТ, 2005. -С.248-259.

2. Ефремов Ю.В. В стране горных озер. - Краснодар: Кн. изд-во, 1991. - 192 с.

3. Белецкая Р.В. Морфометрические особенности озерных котловин и их влияние на экологическое состояние лимносистем: на примере равнинных озер ледникового происхождения: Дис. ... канд. географ. наук: 25.00.27. - СПб., 2004. - 183 с.

4. Шигапов И.С., Мингазова Н.М., Шарифулин А.Н., Палагушкина О.В., Павлова Л.Р., Мусин А.Г. Зависимость физико-химических показателей воды озер урбанизированных территорий от морфометрических параметров // География и природные ресурсы. - 2010. - №1. - С.177-179.

5. Китаев С.П. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. - 395 с.

MORPHOLOGICAL FEATURES OF THE HOLLOWS OF THE LAKES OF KAZAN

I.S.Shigapov, N.M.Mingazova, A.G.Musin

The authors of the article considered indicators of the morphological structure of depressions of the lakes in Kazan, and made a statistical analysis of these parameters. It was revealed that the most of the depression lakes in Kazan are shallow and have a paraboloid profile and oval shape in plan.

Key words: lake, depression, morphology, depth, profile.

Шигапов Иршат Сайдашович - инженер лаборатории оптимизации водных экосистем факультета географии и экологии Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: shigapov.irshat@yandex.ru

Мингазова Нафиса Мансуровна - доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией оптимизации водных экосистем факультета географии и экологии Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: shigapov.irshat@yandex.ru

Мусин Азгар Гареевич - доктор географических наук, профессор кафедры экономической географии, социально культурного сервиса и туризма Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета.

E-mail: shigapov.irshat@yandex.ru

Поступила в редакцию 05.03.2011