Определение полезной емкости водохранилища. Что такое водохранилище? Самые большие водохранилища России

Сооружение водохранилищ – это, по сути, важнейший способ человечества выжить на нашей планете. Роль водохранилищ во все времена была грандиозной: от накопления воды для бытовых нужд, орошения сельхозугодий, борьбы с наводнениями в древности до получения электроэнергии в наши дни. Первые водохранилища человек построил более 3 тысяч лет назад в Древнем Египте, Месопотамии и Китае. Позже такие сооружения стали возводить в Индии, Иране, и Сирии.

Представляем подборку пяти самых крупных мировых водохранилищ при гидроэлектростанциях. Наслаждайтесь видами!

1. Виктория, р. Нил (Уганда, ГЭС «Оуэн-Фолс»)
   Полный объем: 205 км 3
   Площадь: 76 000 км 2 (сопоставима с площадью такой страны, как Республика Панама)
   Длина: 320 км
   Ширина: 275 км
   Максимальная глубина: 83 м
   Высота плотины: 31 м
   Год начала строительства: 1947
   Год завершения заполнения: 1954
2. Братское, р. Ангара (Россия, ГЭС «Братская»)
   Полный объем: 169 км 3
   Площадь: 5470 км 2
   Длина: 570 км (равно расстоянию между двумя Европейскими столицами Прагой и Будапештом)
   Ширина: 25 км
   Максимальная глубина: 150 м
   Высота плотины: 124,5
   Год начала строительства: 1955
   

   

3. Кариба, р. Замбези (Замбия, Зимбабвэ, ГЭС «Кариба»)
   Полный объем: 160 км 3
   Площадь: 4450 км 2
   Длина: 220 км
   Ширина: 40 км
   Максимальная глубина: 78 м
   Высота плотины: 126 (это высота четырех девятиэтажных домов)
   Год начала строительства: 1957
   Год завершения заполнения: 1963

   

4. Насер, р. Нил (Египет, Судан, Асуанский гидроузел)
   Полный объем: 157 км 3
   Площадь: 5120 км 2
   Длина: 550 км
   Ширина: 35 км
   Максимальная глубина: 130 м (это в десять раз превышает глубину Азовского моря в его самой низкой точке)
   Высота плотины: 111 м
   Год начала строительства: 1960
   Год завершения заполнения: 1970

   

5. Вольта, р. Вольта (Гана, ГЭС «Акосомбо»)
   Полный объем: 147 км 3
   Площадь: 8500 км 2 (занимает почти 4% площади Ганы)
   Длина: 400 км
   Максимальная глубина: 80 м
   Высота плотины: 111 м
   Год начала строительства: 1961
   Год завершения заполнения: 1967

   

Интересно, что следующие по величине пять водохранилищ находятся именно в России: Красноярское, Зейское, Усть-Илимское, Куйбышевское, Байкальское (Иркутское).

Неравномерность распределения речного стока по территории, его внутригодовая и многолетняя изменчивость затрудняют удовлетворение потребностей населения и народного хозяйства в необходимом количестве воды. Особенно остро это проявляется в маловодные годы и сезоны. Решение проблемы осуществляются за счет регулирования стока рек водохранилищами и прудами.

Водохранилище – это искусственный водоем, предназначенный для регулирования речного стока, т.е. перераспределения во времени, с целью его более эффективного использования для нужд народного хозяйства.

Крупные водохранилища имеют, как правило, комплексное (многоцелевое) назначение: гидроэнергетика, водоснабжение, водный транспорт, рекреация, защита от наводнений. Наиболее эффективное использование водных ресурсов обеспечивает каскад водохранилищ, работающих в единой системе.

Малые водохранилища и пруды используются для водообеспечения населения и отдельных отраслей промышленности или сельского хозяйства.

На земном шаре создано более 2500 крупных водохранилищ с объемом более 100 млн. км 3 каждое. Большинство из них расположено в Северной Америке (36% или около 900). В России таких водохранилищ примерно 100, самые крупные из них – Братское, Красноярское, Зейское.

Система водохранилищ на реке называется каскадом.

Водохранилища могут быть подразделены на типы по характеру ложа, способу его заполнения водой, географическому положению, месту в речном бассейне, характеру регулирования стока.

По строению котловины водохранилища делятся на:

· речного типа или долинные, ложем является часть речной долины. Они отличаются вытянутой формой и увеличением глубин от верхней части к плотине.

· Озерного типа или котловинные, это подпруженные, т.е. зарегулированные, озера и водохранилища, расположенные в изолированных низинах и впадинах, в отгороженных от моря заливах, лиманах, а также в искусственных выемках.

По способу заполнения водой водохранилища делят на:

· Запрудные, когда их наполняет вода водотока, на котором они расположены

· Наливные, когда вода в них подается из рядом расположенного водотока или водоема.

По географическому положению:

· Горные, сооружаемые на горных реках, обычно узкие и глубокие и имеют напор, т.е. величину повышения уровня воды в реке в результате сооружения плотины до 300 м и более

· Предгорные, имеют высоту напора 50-100 м

· Равнинные обычно широкие и мелкие, высота напора не более 30 м.

По характеру регулирования стока:

· Многолетнего регулирования (перераспределение стока между мало- и многоводными годами)

· Сезонного (перераспределение стока внутри года между мало- и многоводными сезонами)

· Недельного (перераспределение стока в течение недели)

· Суточного регулирования (перераспределение стока в течение суток)

Характер регулирования стока определяется назначением водохранилища и соотношением полезного объема водохранилища и величины стока воды реки.

Формы и размеры водохранилищ характеризуются теми же морфометрическими характеристиками, что и озера. Они также зависят от степени наполнения водоема и «привязываются» к определенному значению уровня воды, но, в отличие от озер, уровень воды в водохранилище регулируется и ход уровня определяется характером регулирования.

При проектировании водохранилищ для каждого из них устанавливаются (задаются) уровни, соответствующие определенным фазам гидрологического режима, так называемые проектные уровни.

· Нормальный подпорный уровень НПУ, уровень который достигается к концу периода наполнения в средний по водности год и может поддерживаться плотиной длительное время

· Форсированный подпорный уровень ФПУ, который возникает в редких случаях, например, во время высокого половодья или паводков, удерживается в течение короткого времени, превышает НПУ на 0,5-1 м

· Уровень сработки. К уровням сработки относятся: уровень ежедневной (диспетчерской) сработки, которая достигается при нормальной эксплуатации водохранилища; уровень наибольшей сработки, который достигается только в маловодные годы

· Уровень мертвого объема УМО, предельно возможное снижение уровня воды в водохранилище, сработка ниже которого невозможна. Объем водохранилища, находящийся ниже УМО, называется мертвым объемом .

Объем, находящийся между УМО и НПУ, называют полезным объемом водохранилища ПО.

Сумма полезного и мертвого объемов дают полный объем или емкость водохранилища.

Объем, заключенный между НПУ и ФПУ, называют резервным объемом .

По морфометрическим особенностям котловины выделяют характерные участки:

ü Нижний – приплотинный (всегда глубоководный);

ü Средний – промежуточный (глубоководен только при высоких уровнях);

ü Верхний – мелководный (расположенный в пределах затопленного русла и поймы);

ü Участок выклинивания подпора.

Границы условны и зависят от амплитуды колебаний уровня

В маловодные, засушливые годы расход воды в реках уменьшается, а потребность в воде для орошения и коммунального водоснабжения возрастает. Уменьшение расхода воды влечет за собой снижение выработки электроэнергии на ГЭС, ухудшение условий водоснабжения, снижение качества воды и другие неблагоприятные последствия. Сезонные колебания стока рек характеризуются резким уменьшением расходов воды в реках зимой, когда потребность в электроэнергии обычно наибольшая; потребность в воде для промышленного водоснабжения зимой обычно не уменьшается. Летнее снижение расходов воды неблагоприятно для орошения, судоходства и других водопотребителей и водопользователей.

Для наиболее полного и экономичного использования водных ресурсов и приспособления режима водоотдачи к потребностям различных отраслей народного хозяйства производят регулирование стока водохр анилищами.

ТИПЫ ВОДОХРАНИЛИЩ

Озера являются естественными водохранилищами. В естественных условиях озеро регулирует сток без участия человека. Максимальный расход реки, вытекающей из озера, в несколько раз меньше, а минимальный намного больше суммарного притока от рек, впадающих в озеро. Если при подпоре озера плотиной повысить его уровень или произвести расчистку русла реки в ее истоке, либо осуществить оба эти мероприятия, то регулирующая способность озера возрастет и можно будет повысить сверх естественного минимальный расход реки, вытекающей из озера.

Чаще всего приходится создавать искусственные водохранилища. Для создания водохранилища в русле реки строят плотину, которая подпирает реку. При этом затапливается пойма и прилежащая территория. При проектировании и строительстве водохранилищ обязательно всесторонне изучить все положительные и отрицательные последствия сооружения водохранилищ. При их размещении необходимо всемерно уменьшать площадь затопления ценных сельскохозяйственных земель. На равнинных реках площадь затопления может оказаться весьма большой. Так, например, площадь Куйбышевского водохранилища на Волге составляет 6450 км 2. На реках равнинного типа вследствие малого уклона реки водохранилища получаются большой протяженности - до 200-300 км. При пологих берегах ширина водохранилища достигает иногда 40-50 км. На горных реках вследствие большого уклона реки и крутых берегов большой объем водохранилища может быть получен только, при большой высоте плотины, что, однако, не вызывает больших затоплений территории.

В гидроэнергетике различают водохранилища по их местоположению относительно данной гидроустановки:

1) верховые, расположенные на реке или ее притоках выше данной гидроэлектростанции;
2) собственные, т. е. образованные сооружениями, входящими в состав данной ГЭС;
3) низовые, расположенные ниже данной ГЭС.

ОБЪЕМ ВОДОХРАНИЛИЩА

Нормальным подпорным уровнем (НПУ) называют тот наивысший уровень, на который по условиям устойчивости рассчитывается нормальная работа подпорных сооружений (рис. 3-1). НПУ может поддерживаться сколь угодно длительно.

Форсированным уровнем (ФПУ) называется уровень, который может допускаться на короткое время при пропуске исключительно больших паводков или половодий, имеющих вероятность ниже расчетной, которая была принята для нормальных условий эксплуатации.

Уровень наннизшей сработки (УС) водохранилища называют уровнем мертвого объема (УМО).

Объем воды в водохранилище между НПУ и УМО называют полезным или рабочим объемом. Объем воды ниже УМО обычно не используется для регулирования стока и его называют мертвым объемом.

Полный объем водохранилища при НПУ равен сумме полезного и мертвого объемов. Между отметками НПУ и ФПУ размещается резервный объем водохранилища, который используется для приема и трансформации половодий и паводков редкой повторяемости. Сумма рабочего, резервного и мертвого объемов дают полный объем водохранилища при ФПУ. Для определения объема водохранилища по топографическим планам местности планиметрируют площади между соответствующими горизонталями и створом плотины. По этим данным строится кривая площадей F = f(Z), показывающая зависимость площади зеркала водохранилища F от высотной отметки Z. Затем для каждого приращения отметок подсчитывается приращение объема А У и строится кривая зависимости V = f (Z), которая называется статической кривой объемов водохранилища (рис. 3-2). На равнинных реках с большими расходами строятся кривые свободной поверхности воды в водохранилище. Эти кривые подпора при одинаковом уровне воды у плотины будут иметь тем большую кривизну и тем более высокий уровень воды в конце кривой подпора, чем больше расход притока (рис. 3-3). В этих случаях получают кривую динамических объемов воды в водохранилище V = f (Z, Q).

В отдельных случаях учитывается, что пористые грунты берега и ложа водохранилища при подъеме уровня воды впитывают воду и отдают ее обратно при снижении уровня воды, что равносильно увеличению фактической емкости водохранилища.

Наибольший полный объем 205 км3 и наибольшую площадь зеркала 76 тыс. км2 имеет водохранилище Оуэн-Фолс, расположенное на территории Уганды, Кении и Танзании. Крупнейшим является водохранилище на р. Вольта (Гана), полный объем которого 148 и полезный объем 90 км3. По величине полезного объема на третьем месте в мире находится водохранилище Насер на р. Нил (Египет), созданное при технической помощи СССР. В табл. 3-1 приведены данные по крупнейшим водохранилищам СССР с полезным объемом более 10 км3.

ПОТЕРИ ВОДЫ ИЗ ВОДОХРАНИЛИЩ

Потери воды из водохранилища происходят вследствие испарения, фильтрации и оседания льда на берегах при зимней сработке водохранилища. Для ГЭС оказывается «потерянной» также вода, забираемая из ее верхнего бьефа на орошение, водоснабжение, шлюзование судов и т. п.

Испарение. С созданием водохранилищ увеличивается испарение. Полные потери испарения определяются произведением площади зеркала водохранилища Fв на толщину слоя испарившейся воды hB.

Как видно из табл. 3-2, удельные потери воды на дополнительное испарение в Средней Азии в 15 раз больше, чем на севере Европейской части СССР.

Из всех водохранилищ юга Европейской части СССР потери на дополнительное испарение из водохранилищ составляют в среднем более 10 км3 в год.

Фильтрация. Различают потери, воды вследствие фильтрации через тело плотины, под нею и в обход ее через толщу грунта и через неплотности затворов плотин и направляющих аппаратов турбин.

При сработке водохранилища в зимний период лед оседает на берегах. Весной лед тает и пополняет сток воды. Но для водохранилищ годичного регулирования пополнение стока весной обычно лишь увеличивает объем холостых сбросов через плотину. Таким образом, оседание льда на берегах представляет потери для энергетики.

Различают основные и специальные виды регулирования стока.

1. Основные виды регулирования

К основным видам регулирования стока относят многолетнее, годичное, недельное и суточное.

Многолетнее регулирование позволяет в маловодные годы увеличить расход воды и выработку электроэнергии гидростанциями за счет стока многоводных лет. При многолетнем регулировании водохранилище наполняется избыточным стоком многоводных лет и опорожняется в течение ряда маловодных лет. В многолетнем регулировании заинтересованы все водопотребители и водопользователи, но для его осуществления требуется большой объем водохранилища.

Для глубокого многолетнего регулирования необходим полезный объем водохранилища, равный одному - двум среднегодовым стокам реки. Частичное многолетнее регулирование возможно уже при емкости водохранилища порядка 50 % среднегодового стока.

Годичное регулирование перераспределяет сток в течение года в соответствии с потребностями водопользователей и водопотре- бителей. В многоводные сезоны водохранилище наполняется, а в мало-водные- опорожняется. Цикл регулирования составляет один год. Потребный объем в процентах от среднегодового стока составляет от 3-10 % при частичном до 40-60 % при полном регулировании стока.

Для энергетики большое значение имеют недельное и особенно суточное регулирование, производимые в соответствии с недельными и суточными колебаниями нагрузки энергосистем.

Суточное регулирование при сравнительно постоянном притоке воды обеспечивает неравномерное потребление воды гидростанцией, следуя суточным колебаниям нагрузки энергосистемы. Необходимый объем бьефа или бассейна суточного регулирования определяется расчетом (см. § 5-2). Примерный объем составляет от 5 до 10 % от суточной, пропускной способности всех турбин ГЭС. Если на гидростанции проводится только суточное регулирование, то цикл регулирования составляет одни сутки и к концу суток уровень воды в бьефе или бассейне возвращается к исходному положению. При суточном регулировании ГЭС покрывает пики суточного графика нагрузки.

Недельное регулирование позволяет повысить мощность и выработку энергии ГЭС в рабочие дни за счет снижения используемого стока в выходные дни, когда нагрузка в энергосистеме снижается. Для недельного регулирования требуется объем водохранилища 50- 100% от суточной пропускной способности всех турбин ГЭС.

2. Специальные виды регулирования

К числу специальных видов регулирования относят:

а) Компенсирующее регулирование, которое может производиться верховым водохранилищем для того, чтобы компенсировать неравномерность притока с промежуточного водосбора между створами водохранилища и ГЭС. При малом притоке с промежуточного водосбора даются повышенные попуски из компенсирующего водохранилища и наоборот. Если при большом водохранилище имеется своя ГЭС, то можно проводить компенсирующее годичное и даже многолетнее регулирование выработки электроэнергии нескольких; ГЭС, расположенных на разных водотоках, но присоединенных к общей электрической сети. Так, водохранилище Братской ГЭС производит компенсирующее регулирование выработки энергии Енисейскими и Ангарскими гидростанциями.

б) Трансформация паводков и половодий. Если в водохранилище будет задержана пиковая часть паводка, то максимальный расход, пропускаемый через плотину, будет уменьшен. Это позволит уменьшить водосбросные сооружения гидроузла, уменьшить наводнения на реке ниже водохранилища и т. п.

в) Аварийное использование водохранилища. При аварии в энергосистеме гидростанция может быстро принять на себя дополнительную нагрузку и израсходовать из своего водохранилища специально предусмотренный запас или часть рабочего объема водо-хранилища. После ликвидации аварии дополнительно израсходованный объем восстанавливается путем снижения нагрузки ГЭС или за счет ближайшего половодья.

Основными характеристиками водохранилища являются объём, площадь зеркала и изменение уровней воды в условиях его эксплуатации. При создании водохранилищ существенно изменяется и речных долин, а также гидрологический режим реки в пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят и в нижнем бьефе (части реки примыкающей к платине, шлюзу) гидроузлов. Иногда такие изменения заметны на протяжении десятков и даже сотен километров. Одним из последствий создания водохранилищ является уменьшение половодий. В результате этого ухудшаются условия нереста рыб и роста трав на пойменных . При создании водохранилищ также уменьшается скорость течения реки, что является причиной заиливания водохранилищ.

Красноярское водохранилище (фото Максима Герасименко)

Водохранилища размещаются на территории России неравномерно: в европейской части их более тысячи, а в азиатской – около ста. Общий объём российских водохранилищ составляет около одного миллиона м2. Искусственные водоёмы сильно изменили главную реку — и некоторые её притоки. На них создано 13 водохранилищ. Строительство их началось ещё в середине XIX века, когда в верховьях реки соорудили водоподпорную плотину. Спустя без малого сто лет было залито Иваньковское водохранилище , которое часто называют Московским морем. От него начинается канал, соединяющий реку со столицей.

Рыбинское водохранилище (фото Евгения Гусева)

Рыбинское водохранилище по площади сравнимо с крупнейшими озёрами . В результате затопления широких долин левых притоков Волги (Шексны и Мологи) образовался водоём шириной до 60 км и длиной 140 км, изобилующий множеством заливов, и .

Плотина Куйбышевского водохранилища подняла уровень воды в Волге на 26 м и затопило пойму реки на площади почти 6,5 тысяч км2. При создании водохранилища пришлось перенести около 300 населённых пунктов на новое место, а город Свияжск и вовсе оказался островным. На этом водохранилище даже возможны довольно крупные штормы (высота волн иногда превышает 3 м).

Пятнадцать крупнейших водохранилищ мира находятся в и на Дальнем Востоке. Их строительство велось в второй половине прошлого века. Плотины возводились главным образом на многоводных реках: , Вилюе, Зее. При этом из-за было затоплено относительно небольшие территории. Длина большинства водохранилищ этого района значительна: от 150 км (Колымское) до 565 км (Братское) . А вот ширина относительно невелика, за исключением некоторых участков, где вода разливается до 15-33 км. После устройства Байкальского водохранилища 60-километровый участок Ангары стал практически единым целым с , а уровень озера поднялся на метр.

Саяно-Шушенское водохранилище (фото Павла Иванова)

Самое большое водохранилище — Братское имеет довольно своеобразную форму: широкие плёсы здесь сочетаются с длинными извилистыми заливами. Амплитуда колебания уровня доходит до 10 м. Водохранилище имеет большое значение для судоходства и лесосплава, а также для водоснабжения.

Саяно-Шушенское водохранилище затопило долину Енисея на протяжении более 300 км, но по ширине небольшое — до 9 км. Колебание уровней — до 40 м. Плотина Красноярского водохранилища находится на узком (шириной до 800 м) участке в долине Енисея. Она примечательна своим уникальным подъемником. Суда, подходя к плотине, заходят в наполненную водой камеру, которая переносит их через плотину вниз по течению. Суда, идущие вверх по течению, для этого приходится поднимать на стометровую высоту.

Созданные водохранилища позволили повысить качество коммунального и промышленного водоснабжения больших городов, крупных . Параметры водохранилищ страны колеблются в широких пределах: полный объем от 1 до 169 миллионов м2. Площадь водного зеркала от 0,2 — 0,5 до 5900 км2. Существенным образом различаются длина, ширина, наибольшая и средняя глубины. Максимальная длина крупных равнинных и плоскогорных водохранилищ достигает 400 — 565 км, горных 100 — 110 км, а ширина — до нескольких десятков километров. Самые глубокие водохранилища от 200 — 300 м находятся в долинах крупных горных рек (Ингурское, Чиркейское,) до 70 — 105 м — в плоскогорных и предгорных районах (Братское, Красноярское, Богучанское, Бухтарминское). В больших равнинных водохранилищах глубины не превышают 20 — 30 м.

Водохранилища России

Крупнейшие водохранилища России

Водохрани́лище – искусственный водоём , созданный для накопления и последующего использования воды и регулирования стока .

Водохранилища стали сооружать ещё в глубокой древности для обеспечения водой населения и сельского хозяйства. Одним из первых на Земле считают водохранилище с плотиной Садд эль Кафара, созданное в Древнем Египте в 2950–2750 гг. до н. э. В XX в. водохранилища стали сооружать повсеместно. В настоящее время их на земном шаре более 60 тыс.; ежегодно в строй вводится несколько сот новых водохранилищ. Общая площадь всех водохранилищ мира более 400 тыс. км 2 , а с учетом подпруженных озёр – 600 тыс. км 2 . Суммарный полный объём водохранилищ достиг почти 6,6 тыс. км 3 . Многие реки земного шара – Волга , Днепр , Ангара , Миссури, Колорадо, Парана и другие – превращены в каскады водохранилищ. Через 30–50 лет водохранилищами будет зарегулировано 2/3 речных систем земного шара.

Приблизительно 95% объёма всех водохранилищ мира сосредоточено в крупных искусственных водоёмах с полным объёмом более 0,1 км 3 . В настоящее время таких водохранилищ более 3 тыс. Большинство из них расположено в Азии и Северной Америке, а также в Европе.

В России насчитывается более 100 крупных водохранилищ с объёмом более 0,1 км 3 каждое. Их суммарные полезный объём и площадь равны соответственно около 350 км 3 и более 100 тыс. км 2 . Всего же в России, более 2 тыс. водохранилищ.

Самые большие по площади водохранилища в мире (без учета подпруженных озёр) – это Вольта в Гане на р. Вольте, Куйбышевское в России на Волге, Братское в России на Ангаре, Насер (Садд-эль-Ааои) в Египте на Ниле. Самый большой полезный объём (без учета подпруженных озёр) имеют водохранилища Вольта, Насер, Братское, Кариба (на р. Замбези в Замбии и Зимбабве).

Назначение водохранилищ

Строительство и эксплуатация водохранилищ позволяет более рационально использовать водные ресурсы . Накопленную в водохранилищах воду используют для орошения и обводнения земель, водоснабжения населённых пунктов и промышленных предприятий, санитарных промывок речных русел , улучшения судоходных условий ниже по течению в маловодный период года и т. д. С помощью водохранилищ регулируют речной водный сток для гидроэнергетики, с целью предотвращения наводнений . Водохранилища используют также для рыбного хозяйства, водного транспорта, рекреации (отдыха людей), водного спорта.

По способу заполнения водой водохранилища бывают запрудные, когда их наполняет вода водотока , на котором они расположены, и наливные, когда вода в них подается из рядом расположенного водотока или водоёма. К наливным водохранилищам относятся, например, водохранилища гидроаккумулирующих электростанций.

По географическому положению водохранилища делят на горные, предгорные, равнинные и приморские. Первые из них сооружают на горных реках, они обычно узкие и глубокие и имеют напор, т. е. величину повышения уровня воды в реке в результате сооружения плотины, 100–300 м и более. В предгорных водохранилищах обычно высота напора 30–100 м. Равнинные водохранилища обычно широкие и мелкие, высота напора – не более 30 м. Приморские водохранилища с небольшим (несколько метров) напором, сооружают в морских заливах, лиманах, лагунах, эстуариях .

Примерами высоконапорных горных водохранилищ служат Нурекское и Рогунское на Вахше с высотой напора около 300 м. К предгорным водохранилищам могут быть отнесены некоторые водохранилища Енисейского и Ангарского каскадов: Красноярское (высота напора 100 м), Усть-Илимское (88 м). Примерами равнинных водохранилищ могут служить водохранилища Волжского и Днепровского каскадов: Рыбинское (высота напора 18 м), Куйбышевское (29 м), Волгоградское (27 м), Каневское (15 м), Каховское (16 м). К приморским водохранилищам относятся, например, опреснённая водами Дуная лагуна Сасык на западном побережье Чёрного моря на Украине, водохранилище Эйсселмер в Нидерландах, образованное в результате отчленения дамбой от Северного моря залива Зейдер-Зе и его опреснения водами Рейна.

По месту в речном бассейне водохранилища могут быть подразделены на верховые и низовые. Система водохранилищ на реке называется каскадом.

По степени регулирования речного стока водохранилища могут быть многолетнего, сезонного, недельного и суточного регулирования. Характер регулирования стока определяется назначением водохранилища и соотношением полезного объёма водохранилища и величины стока воды реки .

Основные характеристики водохранилищ

Для описания водохранилищ применимы те же показатели, что и для озёр. Из морфометрических характеристик водохранилища наиболее важны площадь его поверхности и объём вод. Форма водохранилища определяется характером заполненного водой понижения земной поверхности. Котловинные водохранилища обычно имеют озеровидную форму, долинные – вытянутую. Многие долинные водохранилища расширяются по направлению к плотине, имеют изрезанные берега и многочисленные заливы (затопленные устья притоков).

Любое водохранилище рассчитывается на накопление некоторого объёма воды в период наполнения и на сброс этого же объёма в период его сработки. Накопление нужного объёма воды сопровождается повышением уровня до некоторой оптимальной величины. Такой уровень обычно достигается к концу периода наполнения, может поддерживаться плотиной в течение длительного времени и называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). В редких случаях, во время высокого половодья или крупных паводков , допускается временное превышение НПУ на 0,5–1 м. Такой уровень называют форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Предельно возможным снижением уровня воды в водохранилище является достижение уровня мёртвого объёма (УМО), сработка объёма воды ниже которого технически вообще невозможна.

Объём водохранилища, находящийся ниже УМО, называется мёртвым объёмом (МО). Для регулирования стока и периодической сработки используется объём водохранилища, находящийся между УМО и НПУ. Этот объём называют полезным объёмом (ПО) водохранилища. Сумма полезного и мёртвого объёмов дает полный объём, или ёмкость водохранилища. Объём воды, заключённый между НПУ и ФПУ, называют резервным объёмом.

В пределах запрудного долинного водохранилища выделяют несколько зон: зону переменного подпора, верхнюю, среднюю и нижнюю.

Влияние водохранилищ на режим рек и окружающую среду

Главное воздействие водохранилищ на реки – это регулирование стока. Оно в большинстве случаев проявляется ниже по течению в уменьшении стока воды в половодье (его «срезка») и увеличении стока в маловодный период года (в межень). Сезонное регулирование стока водохранилищами ведёт к сглаживанию колебаний уровней воды ниже водохранилища в течение года.

Ниже водохранилищ полностью преображается водный режим рек, изменяются характер заливания поймы, русловые процессы, режим устьев рек и т. д. В областях недостаточного увлажнения воздействие водохранилищ приводит к высыханию речных пойм и дельт , что может нанести серьёзный ущерб хозяйству. Осушение пойм в зоне избыточного увлажнения – наоборот, явление положительное, способствующее их хозяйственному освоению.

Так же, как и озёра, водохранилища замедляют водообмен в гидрографической сети речных бассейнов . Сооружение водохранилищ привело к увеличению объёма вод суши приблизительно на 6,6 тыс. км 3 и замедлению водообмена приблизительно в 4–5 раз. Наиболее сильно замедлился водообмен в речных системах Азии (в 14 раз) и Европы (в 7 раз). Для рек бывшего СССР водохранилища увеличили среднее время пребывания вод в речных системах с 22 до 89 суток, т. е. в 4 раза. После сооружения каскада водохранилищ водообмен в бассейнах рек Волги и Днепра замедлился в 7–11 раз.

Сооружение водохранилищ всегда ведёт к уменьшению как стока воды вследствие возрастания водозабора на хозяйственные нужды и дополнительных потерь на испарение с поверхности водоёма, так и стока наносов, биогенных и органических веществ вследствие их накопления в водоёме.

В результате сооружения водохранилищ возрастает поверхность, покрытая водой; поскольку испарение с водной поверхности всегда больше, чем с поверхности суши, потери на испарение также возрастают.

В условиях избыточного увлажнения (например, в тундре) испарение с водной поверхности ненамного превышает испарение с поверхности суши. Поэтому при избыточном увлажнении сооружение водохранилищ практически не сказывается на уменьшении водного стока рек. В условиях недостаточного увлажнения (например, в зоне степей), а в особенности в условиях засушливого климата (в пустынях и полупустынях), сооружение водохранилищ приводит к существенным потерям водного стока рек на дополнительное испарение.

Степень уменьшения речного стока в результате сооружения водохранилищ возрастает по территории Европейской части России с севера на юг.

Во всех водохранилищах мира в конце ХХ в. терялись на испарение 120 км 3 воды в год, т.е. около 3% стока всех рек мира. Наибольшие потери речного стока свойственны водохранилищам Насер (8,3 км 3 /год) и Вольта (4,6 км 3 /год).

В то же время, водохранилища служат мощными поглотителями биогенных и загрязняющих веществ благодаря процессам их разложения и осаждения. Однако это положительное воздействие водохранилищ на качество воды может произойти лишь при правильном режиме эксплуатации водохранилища, при условии ограничения антропогенной нагрузки на качество воды и проведении природоохранных мероприятий на водосборе водоёма. В некоторых случаях требуется и реконструкция самого водохранилища.

В результате сооружения водохранилищ и отложения в них речных наносов существенно уменьшается их сток. Водохранилища действуют как «ловушки» для переносимых реками наносов. Отложение в водохранилищах мелких (взвешенных) наносов называют заилением водохранилища, отложение крупных (влекомых) наносов – его занесением. По некоторым современным оценкам, в ХХ в. сток наносов всех рек мира под влиянием водохранилищ уменьшился на 25%.

После сооружения водохранилищ сток наносов в устьях рек Волги, Риони, Дуная, Куры и Миссисипи сократился приблизительно в 2 раза, в устьях рек Сулака , Тибра и Нила – в 8–10 раз, в устье Эбро – в 250 раз (!). В последнем случае столь значительное уменьшение стока наносов объясняется близостью крупных водохранилищ к устью реки.

Уменьшение стока наносов рек вследствие их отложения в водохранилищах может вызвать нарушение баланса наносов в устьях рек и стимулировать частичное волновое разрушение дельты и соседних морских берегов, как это уже произошло в 1970-х гг. в устье Нила после возведения Высотной Асуанской плотины и создания водохранилища Насер, а также в устье Сулака после сооружения Чиркейского водохранилища в 1974 г. и в устье Эбро после строительства водохранилищ Мекиненса и Рибарроха в 1964 и 1969 гг. соответственно.

Заметное влияние водохранилища оказывают на термический и ледовый режим рек. Наиболее характерно выравнивающее воздействие водохранилищ на температуру воды в реке. Так, на Енисее ниже Красноярского водохранилища температура воды стала в мае–июне на 7–9°С и в июле–августе на 8–10°С ниже, а в сентябре на 8° и в октябре на 9°С выше, чем до зарегулирования реки.

Водохранилища оказывают заметное воздействие на природные условия сопредельных территорий. Сооружение крупных водохранилищ приводит к затоплению земель, повышению уровня грунтовых вод , способствующих подтоплению и заболачиванию территорий. Потеря земель при затоплении – наиболее существенное негативное последствие сооружения водохранилищ. По некоторым оценкам, суммарная площадь такого затопления в мире равна приблизительно 240 тыс. км 2 , что составляет 0,3% земельных ресурсов суши. Площади затопления на территории бывшего СССР составили порядка 80 тыс. км 2 . В результате сооружения водохранилищ озёрность территории России возросла до 4%.

Очевидно, что период строительства крупных водохранилищ, приводящих к большим затоплениям земель, окончился. В последнее время отдаётся явное предпочтение сооружению небольших водохранилищ, в частности, в горных и предгорных районах.

Водохранилища ведут к изменению микроклиматических условий (выравниванию внутригодовых колебаний температуры воздуха, усилению ветра, некоторому увеличению влажности воздуха и атмосферных осадков), волновому размыву берегов.

После сооружения водохранилища изменяется почвенно-растительный покров на затопленных и подтопленных землях. Полагают, что влияние водохранилищ распространяется на сопредельную территорию, приблизительно равную по площади самому водохранилищу. Кроме того, в результате сооружения водохранилищ часто ухудшаются условия прохода на нерест многих пород рыб; нередко ухудшается качество воды вследствие возникновения в некоторые периоды года дефицита кислорода в придонных слоях, накопления солей и биогенных веществ, цветения воды . Считают также, что сооружение водохранилищ может привести к увеличению сейсмичности в горных районах (дополнительный вес накопленных в водохранилище вод усиливает внутреннее напряжение в горных породах, нарушает их устойчивость и приводит к землетрясениям).

Таким образом, водохранилища оказывают довольно сложное и противоречивое воздействие и на режим рек, и на природные условия сопредельных территорий. Давая несомненный положительный экономический эффект, водохранилища нередко вызывают и весьма негативные экологические последствия. Всё это требует, чтобы при проектировании водохранилищ более внимательно учитывался весь комплекс гидрологических, физико-географических, социально-экономических и экологических аспектов. Возникает необходимость в экологическом прогнозе, который невозможен без помощи гидрологии .

Важное значение при этом имеют мероприятия, осуществляемые в процессе создания и эксплуатации водохранилища с целью предотвращения нежелательных последствий и максимального использования положительного эффекта от создания водохранилища. К таким мероприятиям относятся: инженерная защита от затопления территорий и объектов (населённых пунктов, сельскохозяйственных угодий, предприятий, мостов и т. д.); переселение жителей, перенос предприятий, дорог и т. д., очистка ложа водохранилища от леса и кустарников, создание водоохранных зон; восстановление лесных, рыбных, охотничьих и других ресурсов; транспортное, рыбохозяйственное, рекреационное и другое освоение водоёма, инженерное обустройство акватории и береговой зоны водохранилища и т. д.

В.Н. Михайлов, М.В. Михайлова