Что такое водохранилища и зачем их строят? Водохранилище - значение слова, определение слова, слово означает.

Водохранилища искусственные водоемы, образованные при перекрытии русла рек. Многим из них свойственно суточное колебание уровня воды, достигающее иногда 1,52 м, характерен также режим паводка (увеличение стока без значительного изменения скорости течения).

Формирование рыбного населения водохранилищ идет тремя путями: из пойменных водоемов района затопления; из озер и прудов, связанных с рекой; из реки, в русле которой образовано водохранилище.

Многие рыбы, обитавшие в реке до зарегулирования стока, не сохраняются в водохранилищах. В первую очередь это проходные виды (осетровые и др.), а также приспособленные к обитанию в реке при наличии течения (жерех, подуст, елец, форель, хариус и др.).

Большинство водохранилищ в устьях рек Украины сооружены относительно недавно, поэтому формирование ихтиофауны в них не завершено. Однако уже сейчас очевидна тенденция к вытеснению ценных видов рыб сорными: щука, судак, сом, сазан, язь, голавль заменяются тугорослым окунем, бычками, плотвой, карасем и т. д. Этот процесс усугубляют неблагоприятные условия для нереста в водохранилищах таких рыб, как сазан, щука, чехонь и др. Кроме того, большой урон наносит рыбному стаду массовое размножение в водохранилищах синезеленых водорослей, наблюдаемое в летние месяцы из-за перегрева воды при недостаточной скорости водообмена.

Водохранилища Днепровского каскада

Самые крупные водохранилища Украины расположены в русле Днепра. Общая площадь Киевского, Каневского, Кременчугского, Днепродзержинского, Запорожского и Каховского водохранилищ более б тыс. км 2. Рыбная фауна в них одинакова, с естественным смещением теплолюбивых видов к югу, а холодноводных к северу.

Наиболее распространены здесь лещ, судак, щука, окунь, налим, сом, сазан, плотва, карась, линь, густера. Реже встречаются голавль, язь, жерех, красноперка, синец, подуст, угорь, стерлядь. Сравнительно недавно акклиматизированы белый амур, толстолобики.

Относительное постоянство видового состава Днепровских водохранилищ сохраняется благодаря наличию большого количества не зарегулированных притоком.

В Украине широко распространены искусственные водоёмы водохранилища и пруды, имеющие исключительно важное хозяйственное значение. Они используются для гидроэнергетики, судоходства, промышленного и бытового водоснабжения, рыборазведение, орошения и обводнения регионов страны.

Водохранилища и пруды

Искусственные водоёмы Украины занимают площадь около 12 тыс. км2 и содержат объём воды до 60 км3, который превышает средний годовой сток Днепра и в целом водные ресурсы страны, формирующиеся на территории страны в средние по водности годы.

Существует лишь количественное отличие между прудом и водохранилищем условно принято, что искусственный водоём объёмом до 1 млн. м3 является прудом, а с большим водохранилищем. Создание искусственных водоёмов связано с необходимостью регулирования очень неравномерного во времени стока рек. Аккумулируя воду во время половодья пруды и водохранилища позволяют использовать её в меженный период, когда сток рек малый, а потребность в воде наибольшая. Созданный при этом напор может использоваться для производства электроэнергии и подачи воды самотёком для орошения.

На территории Украины пруды и водохранилища создавались ещё в давние времена, особенно при заселении южных маловодных районов. Наиболее интенсивный рост их количества наблюдается во второй половине XX столетия. Если в 1950 г. площадь водного зеркала всех прудов и малых водохранилищ составляла около 98 тыс. га, а их полный объем 1,4 км3, то уже через 10 лет площадь прудов и малых водохранилищ увеличилась вдвое, а объём почти в 3 раза. В настоящее время такими водоёмами (около 1100 водохранилищ и почти 28000 прудов) зарегулировано около четверти среднего годового стока, формируемого в пределах Украины.

Распределение искусственных водоёмов

Из общего количества водохранилищ Украины 90% водоёмов имеют объём не более 10 млн. м3, 8% от 10 до 100 млн. м3 и лишь 2% свыше 100 млн. м3.

Распределение искусственных водоёмов по территории страны неравномерно. Наибольшую площадь они занимают в лесостепной и степной зонах. Здесь в среднем на 1 км2 территории приходится 1 га водной поверхности водохранилищ и прудов, т.е. 1% площади находится под водой. Свыше 1 га/км2 площади водного зеркала прудов и водохранилищ имеют Винницкая, Донецкая, Одесская, Харьковская, Хмельницкая и Черниговская области, меньше всего 0,1-0,3 га/км2 Волынская, Закарпатская, Ивано-Франковская области и Автономная Республика Крым.

Водоёмы заполняются во время половодья, но некоторая часть (расположенных в засушливых районах) заполняется частично или полностью, за счёт воды из других территорий и речных бассейнов. Среди таких водоёмы Донецкой, Харьковской, Херсонской областей и АР Крым.

Использование водохранилищ и прудов

В степных и в центральных маловодных лесостепных районах пруды и водохранилища используются преимущественно для водоснабжения, орошения и рыборазведения. В северной части страны (на Полесье) они зачастую являются водоприёмниками осушительных систем, источником водоснабжения, используются для увлажнения, рекреации и рыбного хозяйства. В Карпатском регионе их главное назначение водоснабжение, гидроэнергетика, рыборазведение и как защита от паводков.

В среднем по Украине на 1 км2 площади приходится (без учёта крупных водохранилищ на Днепре и Днестре) 0,8 га водной поверхности искусственных водоёмов, а с

Искусственное водохранилище - это?

Водохранилище -- искусственный водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.

Водохранилища делятся на 2 типа: озёрные и речные. Для водохранилищ озёрного типа (например, Рыбинского) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) типа (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, обычно, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Основными параметрами водохранилища являются объём, площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Типы водохранилищ.

Встречаются следующие типы водохранилищ:

• * Крытые резервуары, устраиваемые из железа, бетона, камня и других материалов. Они располагаются над землей или в земле (полностью или частично) и применяются в водоснабжении как резервуары суточного регулирования или для создания напора.
• * Открытые бассейны, устраиваемые в земле путем выемки или полувыемки, а также путем обвалования на горизонтальной или слегка наклоненной местности. Такие водохранилища иногда устраиваются при ГЭС деривационного типа в качестве бассейнов суточного регулирования. Они также применяются в орошении для временного задержания высокого стока, который используется затем на нижерасположенных площадках или в самом водохранилище (лиманное орошение)
• * Водохранилища, создаваемые в долинах естественных водных объектов постройкой подпорных сооружений (плотин, зданий ГЭС, шлюзов и др.). Этот тип водохранилищ имеет наибольшее распространение и значение для экономики. Внутри него выделяют два подтипа:
• - речные (русловые) водохранилища, расположенные в долинах рек. Характеризуются вытянутой формой, с преобладанием стоковых течений и характеристиками водной массы, близкими к речным водам
• - озёрные, повторяющие форму водоема, находящегося в подпоре, и отличающиеся по своим физико-химическим свойствам от свойств вод притоков.

Терминология

В отличие от естественных замкнутых водоемов, которые не используются в качестве водохранилищ, в данном случае существует набор специальных терминов, характеризующих их допустимые водные запасы и уровни уреза воды:

• · Нормальный подпорный уровень (НПУ) -- оптимальная наивысшая отметка водной поверхности водохранилища, которая может длительно поддерживаться подпорным сооружением;
• · Форсированный подпорный уровень (ФПУ) или горизонт форсировки -- отметка водной поверхности водохранилища, превышающая НПУ, который, при проектировании гидроузла с известной пропускной способностью, определяется, исходя из площади водохранилища и максимально возможного притока воды. Превышение этого уровня может привести к переливу через гребень плотины и к другим аварийным ситуациям;
• · Уровень мёртвого объёма (УМО) или горизонт сработки водохранилища -- отметка водной поверхности, соответствующая наибольшему опорожнению водохранилища. Рассчитывается в соответствии с условиями заиления, необходимым уровнем воды для зимовки рыб, обеспечению экологических условий, технологическими особенностями подпорных сооружений и характеристиками притока в водоем;
• · Мёртвый объём водохранилища -- объём водоёма ниже отметки горизонта сработки водохранилища (УМО);
• · Полезный объём водохранилища -- часть объёма водоема между отметками оптимального наивысшего уровня горизонта (НПУ) и уровнем максимальной сработки водоёма (УМО);
• · Емкость форсировки или Регулирующая емкость водохранилища -- часть объёма водоема между отметками ФПУ и НПУ, предназначенная для уменьшения максимального расхода через гидроузел во время весеннего половодья или дождевых паводков;
• · Объём или полный объём водохранилища -- данная величина равна сумме мёртвого и полезного объёмов.

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

Водохранилище – искусственный водоем, созданный для накопления и последующего использования воды и регулирования стока.

Водохранилища – своеобразные водные объекты, новый природно-техногенный компонент ландшафта. Они преобразуют режим рек, влияют (и нередко неблагоприятно) на окружающую среду. Потребности практики заставляют изучать режим водохранилищ, разрабатывать стратегию рационального правления ими, принимать меры по предотвращению некоторых негативных последствий сооружения этих водоемов.

Назначение водохранилищ.

Воду используют для орошения и обводнения земель, водоснабжения населенных пунктов и промышленный предприятий, санитарных промывок речных русел, улучшения судоходных условий в маловодный период года, регулируют речной сток дли гидроэнергетики и для предотвращения наводнений; для рыбного хозяйства, водного транспорта, рекреации, водного спорта.

Размещение водохранилищ.

95% объема водохранилищ сосредоточено в крупных водоёмах полным объемом 0,1 км 3 .

В целом водохранилища вмешают 6 тыс. км 3 воды.

Большинство водохранилищ расположено в Северной Америке (36%), Азии (26%), Европе (21%). В Советском Союзе было 10% - 240 водохранилищ.

Типы водохранилищ.

По морфологии ложа:

1. Долинные – ложе которых часть речной долины. Есть уклон дна и увеличивается глубина от верхней частик плотине.

1) Русловые – в пределах русла и низкой поймы.

2) Пойменно-долинные – русло, высокая пойма и часть террас.

2. Котловинные – подпруженные озера и водохранилища, расположенные в изолированных низинах и впадинах, отгороженных от моря заливах, лиманах, лагунах, а также в карьерах.

Небольшие водохранилища площадью менее 1 км2 называют прудами .

По способу заполнения водой:

1. Запрудные – заполняет вода водотока, на котором они расположены.

2. Наливные – заполняются водой рядом расположенного водотока или водоема.

По географическому положению:

1. Горные – на горных реках. Имеют напор.

2. Предгорные. Высотой напора 50-100 м.

3. Равнинные. Обычно мелкие, высотой напора не более 30 м.

4. Приморские – в морских лиманах, заливах, лагунах и эстуариях. Высотой напора несколько метров.

По месту в речном бассейне: верховые и низинные. Система водохранилищ на реке –каскад .

По степени регулирования речного стока : многолетнего, сезонного и суточного регулирования.

Морфология и морфометрия водохранилищ.

Площадь поверхности иобъем водохранилища.

Форма в. определяется характером заполнения водой. Котловинные имеют озеровидную форму, долинные – вытянутую.

Период накопления – время накопления некоторого количества воды.Период сброса – сброс того же объема впериод сработки .Оптимальный подпорный уровень – уровень к концу периода наполнения, поддерживающийся плотиной в течение длительного времени. Во время высокого половодья и паводков допускается временное превышение нпу на 0,5-1 м –форсированный подпорный уровень . Предельно возможным снижением уровня воды в водохранилище достигаетсяуровень мертвого объема , сработка ниже которого невозможна. Объем водохранилища, находящийся ниже умо –мертвый объем . Между умо и нпу –полезный объем (для регулирования стока и периодической сработки). Сумма полезного и мертвого объемов даетполный объем (емкость) водохранилища.

Объем между фпу и нпу – резервный объем . В пределах запрудного водохранилища выделяютзону переменного подпора, верхнюю, нижнюю и среднюю зоны .

Водный баланс водохранилищ:

Приход: осадки x, поверхностный приток y 1 , конденсация пара на зеркало z 1 , подземный приток w 1 .

Расход: поверхностный отток у 2 , подземный отток (фильтрация) w 2 , испарение z 2 .

ΔU – изменение запасов воды водохранилища.

Уравнение водного баланса:

x+y1+z1+w1=y2+z2+w2+ΔU

Характерная черта структуры водного баланса водохранилищ – преобладание притока речных вод в приходной и преобладание стока в расходной части уравнения водного баланса.

Колебания уровня воды.

В основном вследствие искусственно регулируемого процесса наполнения или сработки.

В равнинных величина сезонных колебаний составляет 5-7 м. На горных 50-80 м. Существенно меньшие по величине колебания – суточные и недельные (наполнение и сработка). Присутствуют сгонно-нагонные колебания уровня вод (когда ветер дует вдоль в.).

Течения.

Много общего с течениями озер, но отличаются более сложной структурой и нестационарным характером. Наиболее сильные течения в затопленных речных руслах, есть застойные зоны в заливах. На больших водохранилищах присутствуют ветровые течения, во многих есть плотностные.

Ветровые течения . Установившиеся ветровые течения –дрейфовые . Из-за сгонно-нагонной денивеляции возникаюткомпенсационные течения , развивающиеся иже слоя воды, охваченного ветровым течением и противоположно ему направленные.Волновые течения совпадают с направлением распространения волн. Втекающие реки создают перекосы уровня, приводящие к возникновениюгравитационных (стоковых )течений. Неравномерное распределение температуры приводит кплотностным течениям . Изменения атмосферного давления вызываютбароградиентные течения .

Волнение.

Зависит от размера водохранилища. Обычно слабее, чем на озерах, но сильнее, чем на реках. Высоты волн на больших водохранилищах до 2-3 м. последствия – вертикальное перемешивание вод, абразия берегов.

Из-за меньшей площади волнение в водохранилищах развивается быстрее, чем в море. Так же быстро оно и затухает. Волны зыби перемещаются после прекращения действия ветра.

Термический режим.

Отличается от термического режима рек неоднородностью распределения температур по длине, ширине и глубине. Режим крупных и глубоких сходен с озерным, однако не так стабилен. Наиболее стабилен в приплотинных участках.

Ледовый режим.

Период ледовых явлений продолжительнее, чем на реках. Толщина льда больше, чем на реках.

Выделяют три периода: замерзание, ледостав, вскрытие.

На отмелях у берегов возникают забереги (на крупных водохранилищах этоприпаи ), внутриводный лед, донный лед,шуга (хаотически сросшиеся кристаллики по поверхности),полыньи (незамерзающие участки), в месте излияния воды – повторныеналеди .

Затем льдом охватывается вся поверхность. Непосредственно на поверхности воды лежит прозрачный водный кристаллический лед, на котором в случае выхода воды по трещинам из пропитанного водой снега образуется малопрозрачныйводно-снеговой лед.

Участки чистой воды у берегов также называют закраинами ,подвижки (сдвижения ледяных полей).

Частые колебания уровня удлиняют замерзание. Во время зимней сработки много льда и снега оседает на берегах.

Гидрохимический режим.

3 обстоятельства: интенсивный водообмен, характер грунтов и растительности зон затопления и подтопления, режим накопления и сработки вод, величина и интенсивность колебаний уровня вод.

Контроль за гидрохимическим и гидробиологическим режимом важен, поскольку многие водоемы используются для водоснабжение, в том числе питьевое. В глубоких водохранилищах наблюдается увеличение минерализации и уменьшение содержания кислорода с глубиной. В придонной части слои вод пониженного качества. В теплые периоды возможно цветение воды, что неблагоприятно. Разложение остатков затопленной растительности снижает качество воды – морится рыба. Из-за режима наполнения и сброса формируется береговая зона с переменным режимом затопления и осушки – нарушается глубинная зональность распределения организмов.

Наносы и донные отложения водохранилищ.

Приход: R реч + ,R бер – разрушение берегов,R э – эоловый принос,R отм – отмирание живых организмов.

Расход: R реч - ,R акк – аккумуляция на дне.

ΔR– изменение содержания взвесей.

Уравнение баланса наносов водохранилища:

R реч + + R бер + R э + R отм = R реч - + R акк + ΔR

Преобладает речной приход и отток.

В результате частого колебания уровня вод активно разрушаются берега.

Влияние водохранилищ на окружающую среду.

Сооружение водохранилищ всегда ведет к уменьшению как стока воды вследствие дополнительных потерь на испарение с поверхности водоема, так и стока наносов, биогенных и органических веществ вследствие их накопления в водоеме. Влияют на местный климат (выравнивание температур, увлажнение). Затопление и разрушение берегов, изменение почвенно-растительного покрова, изменение видового состава водной фауны. Ухудшается качество воды вследствие дефицита кислорода.

Влияние и положительное и отрицательное.

Водохранилища, их классификация и характеристики

Общие сведения о регулировании стока. Виды и типы

Регулирования

Сток воды в реках в естественном состоянии является чрезвычайно изменчивым в зависимости от многих факторов, в первую очередь – от характера питания. На некоторых реках с преимущественно снеговым питанием максимальный расход воды в десятки и сотни раз больше минимального расхода. Во время паводка наблюдается большое увеличение расхода воды, повышение уровня и значительное увеличение глубин, которые полностью не используются для судоходства. В период небольших расходов и низкого стояния уровней глубины резко уменьшаются, особенно на перекатах, что ограничивает пропускную способность рек при осуществлении перевозок грузов и пассажиров.

Регулирование стока рек призвано изменить во времени естественный режим речного стока, уменьшить колебания стока воды, сделать водные пути более глубоководными на протяжении всего навигационного периода и существенно улучшить использование водных ресурсов для различных отраслей хозяйства: энергетики, судоходства, лесосплава, водоснабжения и сельского хозяйства. Кроме того, при регулировании стока решается задача предотвращения наводнений, защиты сельскохозяйственных угодий и строений.

Для регулирования стока на реке возводится узел гидротехнических сооружений (гидроузел), в состав которого (кроме прочих сооружений) входят одна или несколько плотин. Выше гидроузла уровни воды повышаются, образуется водохранилище, которое позволяет аккумулировать «излишки» воды во время прохождения больших расходов (в период снеговых и дождевых паводков). В меженный период на участок реки ниже гидроузла подается дополнительный расход воды по сравнению с его естественными значениями (производятся попуски воды из водохранилища), уровни воды и глубины при этом повышаются. Таким образом, происходит выравнивание неравномерности распределения расхода воды по времени.

Для каждого водохранилища путем выполнения водохозяйственных расчетов устанавливаются следующие характерные уровни воды, имеющие постоянные высотные отметки:

ФПУ – форсированный подпорный уровень;

НПУ – нормальный подпорный уровень;

УНС – уровень навигационной сработки;

УМО – уровень мертвого объема.

Форсированный подпорный уровень (ФПУ) – это уровень воды выше нормального, временно допускаемый в водохранилище при чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений (например, во время прохождения особо высокого паводка).

Нормальный подпорный уровень (НПУ) – это наивысший проектный уровень воды, который поддерживается в водохранилище при нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений (до этого уровня водохранилище может наполняться во время обычного паводка).

Уровень навигационной сработки (УНС) – это наинизший уровень воды, допускаемый в водохранилище в период навигации, при этом учитывается необходимость поддержания судоходных глубин.

Уровень мертвого объема (УМО) – это наинизший уровень воды, до которого допускается опорожнение (сработка) водохранилища.

Разница объемов водохранилища при НПУ и УНС называется полезным объемом.

Объем водохранилища при УМО называется мертвым объемом. Величину мертвого объема водохранилища выбирают так, чтобы имелся минимальный напор воды, обеспечивающий нормальную работу турбин гидроэлектростанции. На реках, несущих большое количество наносов, при выборе величины мертвого объема учитывается время заполнения его наносами в процессе эксплуатации. Кроме того, при выборе УМО учитывается необходимость обеспечения надежной работы водоприемников, обеспечивающих подачу воды предприятиям, населенным пунктам и на сельскохозяйственные угодья.

Требования, предъявляемые к регулированию стока потребителями, являются различными и иногда противоречивыми. Например, для целей водного транспорта наибольшие расходы воды требуются летом, когда наблюдается минимальный естественный сток воды в реках, чтобы существенно увеличить глубины для обеспечения безопасного движения судов большой грузоподъемности. Для энергетики наибольшие расходы воды нужны в осенне-зимний период, когда существенно увеличивается потребность в выработке электрической энергии для промышленных пунктов. Кроме того, интересы энергетики требуют неравномерного расходования воды в течение суток и по дням недели из-за неравномерного потребления энергии, а для водного транспорта желательно иметь постоянные расходы воды и глубины, чтобы не было затруднений для движения судов.

Сельское хозяйство нуждается в резком увеличении расходов воды, в основном, в течение короткого вегетационного периода для орошения полей и полива растений.

Поэтому при проектировании мероприятия по регулированию речного стока необходимо учитывать интересы всех отраслей хозяйства, чтобы получить наибольший экономический эффект от использования водных ресурсов.

В зависимости от продолжительности периода перераспределения стока и от режима работы водохранилища различают следующие виды регулирования речного стока: многолетнее, годичное (сезонное), недельное и суточное.

Многолетнее регулирование предусматривает выравнивание стока на протяжении нескольких лет. При этом в многоводные годы происходит наполнение водохранилищ, а в маловодные годы, в основном, созданные запасы воды расходуются. Таким образом, многолетнее регулирование выравнивает не только внутригодовые, но и многолетние колебания стока. Такой вид регулирования стока способствует стабильности и увеличению габаритов водного пути с большой обеспеченностью.

Для осуществления многолетнего регулирования стока создаются крупные водохранилища, позволяющие аккумулировать большие объемы воды. К таким водохранилищам относятся: Верхне-Свирское на р. Свирь, Рыбинское на р. Волга, Цимлянское на р. Дон, Братское на р. Ангара, Красноярское на р. Енисей и др.

Наиболее простым является годичное регулирование, при котором обеспечивается выравнивание стока только в пределах года. При этом водохранилище наполняется в период паводка, а в течение остального длительного периода, когда естественный сток воды резко уменьшается, происходит расходование воды из водохранилища. Полное опорожнение полезного объема воды водохранилища производится к началу следующего паводка. Для обеспечения такого регулирования стока требуется создание меньших по объему водохранилищ, чем при многолетнем регулировании. Годичное регулирование стока также улучшает условия судоходства, но с меньшей обеспеченностью габаритов водного пути. Разновидностью годичного регулирования является сезонное регулирование стока, при котором сработка водохранилища для повышения уровней воды и увеличения глубин ниже гидроузла производится только во время наиболее затруднительного для судоходства меженного периода.

Необходимость суточного и недельного регулирования стока объясняется неравномерностью потребления электрической энергии промышленными предприятиями и населенными пунктами. Суточное регулирование обуславливается неравномерностью потребления энергии в течение суток. Обычно наибольшее потребление энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, происходит в дневные часы, когда работают промышленные предприятия и особенно в вечерние часы, когда работают предприятия и включается осветительная сеть населенных пунктов. Наименьшее потребление – ночью, так как в это время большинство предприятий не работает и отключается освещение. Поэтому для обеспечения такой неравномерности потребления электрической энергии работает соответствующее количество турбин гидроэлектростанции, и, следовательно, происходит неравномерное расходование воды из водохранилища.

Недельное регулирование стока обусловливается неравномерностью потребления электрической энергии в течение недели. В субботу и в воскресенье, когда многие предприятия не работают, потребление энергии существенно меньше, чем в рабочие дни недели.

При суточном и недельном регулировании стока в результате частых изменений расходов происходят колебания уровней воды на участке реки ниже водохранилища, которые прослеживаются на протяжении нескольких десятков километров. Таким образом, суточное и недельное регулирование стока являются характерной особенностью энергетического использования стока, и отличается от остальных видов регулирования. В этом случае происходит не выравнивание стока, а наоборот, повышение неравномерности его распределения во времени.

Такое регулирование стока создает затруднения для судоходства, так как при снижении уровней уменьшаются глубины, усложняется устройство и оборудование причалов и иногда нарушается график движения судов.

Для обеспечения суточного и недельного регулирования стока не требуется увеличение емкости водохранилища многолетнего или годичного регулирования.

По методу расходования (отдачи) воды из водохранилища различают два типа регулирования: с постоянной и переменной отдачей воды . На рис. 9.1 показаны несколько случаев запроектированного графика отдачи годичного регулирования: равномерный на протяжении всего года (рис. 9.1, а); равномерный с двумя ступенями в течение навигационного и зимнего периода (рис. 9.1, б); ступенчатый с максимумом расхода отдачи в летний (меженный) период (рис. 9.1, в).

Последний случай ступенчатого графика отдачи является типичным для компенсирующего транспортно-энергетического регулирования. При этом в межень, когда имеются минимальные бытовые расходы воды, отдача из водохранилища наибольшая. В зимний период из водохранилища подается лишь гарантированный расход турбины гидроэлектростанции, которая вырабатывает электрическую энергию. В период паводка зарегулированная отдача увеличивается только для покрытия потерь воды на испарение.

Во всех случаях площадь бытового гидрографа w 1 , расположенная выше графика отдачи, представляет собой объем водохранилища V B , а площадь w 2 , расположенная ниже графика отдачи, но выше бытового гидрографа – объем отдачи для обеспечения зарегулированных расходов воды Q З . Для того, чтобы такая отдача была возможна, необходимо соблюдение неравенства w 1 ³ w 2 , т.е. чтобы дефицит стока в летне-зимний период не превосходил избытка стока за период весеннего паводка.

Водохранилища, их классификация и характеристики

По гидрографическому признаку различают три типа водохранилищ: русловые , озерные и смешанные .

Водохранилище, которое образуется в результате преграждения течения реки плотиной и затопления речной долины, называется русловым (рис. 9.2, а). Такие водохранилища обычно имеют большую длину и площадь водного зеркала. Для создания в них больших запасов воды необходимо значительное повышение уровня воды.

Озерное водохранилище образуется в результате преграждения плотиной истока реки, вытекающей из озера (рис. 9.2, б). Вода при этом заполняет озерную чашу. В таких водохранилищах с большой площадью водного зеркала могут создаваться значительные запасы воды при сравнительно небольших повышениях уровня озера.

При возведении плотины несколько ниже истока реки, вытекающей из озера, образуется смешанное водохранилище, которое включает емкости чаши озера и прилегающей к нему долины реки (рис. 9.2, в).

Основными характеристиками любого водохранилища являются его емкость V и площадь водного зеркала F . При этом площадь водного зеркала водохранилища определяют планиметрированием горизонталей по топографическим картам на соответствующей отметке берегового откоса. Объем водохранилища вычисляется путем последовательного суммирования произведений средних площадей водного зеркала F i на приращение высоты уровня воды DZ

Характеристики водохранилища приводятся либо в табличной форме при четырех характерных уровнях воды (ФПУ – форсированный подпорный уровень, НПУ – нормальный подпорный уровень, УНС – уровень навигационной сработки и УМО – уровень мертвого объема), либо в виде кривых зависимости емкости V и площади водного зеркала F от изменения уровня воды в водохранилище (рис. 9.3). На кривые V и F =¦(Z) наносятся расчетные отметки ФПУ, НПУ, УНС и УМО.

Для нижнего бьефа водохранилища основной характеристикой является кривая связи между уровнями и расходами воды. Она строится по данным гидрометрических измерений за многолетний период, предшествующий возведению плотины, а затем корректируется, так как происходит размыв дна реки на участке ниже створа плотины.

При эксплуатации водохранилища, кроме полезного объема, используемого для народнохозяйственных целей, имеются бесполезные потери воды на испарение с водной поверхности водохранилища и на фильтрацию в грунт дна и берегов.

Потери на испарение возникают в результате затопления большой площади долины реки. Величина этих потерь P н определяется разницей между количеством воды, поступающей в атмосферу с водной поверхности водохранилища Z в и объемом воды, который раньше (до затопления) поступал в атмосферу с площади суши, занятой водохранилищем Z с

где: X – количество осадков, выпадающих на занимаемую водохранилищем площадь;

Y – сток воды с указанной площади.

Для определения Z в пользуются картой изолиний среднего многолетнего слоя испарения с водной поверхности, составленной по данным многолетних наблюдений на территории расположения водохранилища.

Непосредственный подсчет величины Z с затруднителен из-за большого разнообразия природной среды (района постройки водохранилища, рельефа местности, растительности и др.). Поэтому эта величина определяется косвенно, как разница между осадками и стоком воды.

Потери воды на испарение в Северо-Западной зоне обычно составляют 1-2 мм в год. В южных районах с засушливым климатом они существенно больше до 0,5-1,0 м и более в год, что учитывается при определении полезного объема водохранилища.

Потери воды из водохранилища на фильтрацию происходят через поры породы, слагающей чашу водохранилища, в соседние бассейны, а также через тело и различные устройства самой плотины в нижний бьеф реки. При этом последний вид потерь на фильтрацию является сравнительно малой величиной и обычно в водохозяйственных расчетах не учитывается.

Потери воды на фильтрацию через дно и берега водохранилища зависят от напора воды, создаваемого плотиной и гидрогеологических условий (пород, слагающих долину реки, их водопроницаемости, характера залегания, положения уровня и режима грунтовых вод).

Фильтрационные потери будут минимальными в том случае, когда ложе водохранилища сложено из практически водонепроницаемых пород (глина, плотные осадочные или массивные кристаллические породы без трещин), а уровень грунтовых вод на примыкающих к водохранилищу склонах расположен выше отметки нормального подпорного
уровня (рис. 9.4, а).

Большие фильтрационные потери наблюдаются у водохранилищ, дно и берега которых сложены трещиноватыми песчаниками, известняками, сланцами или другими водопроницаемыми грунтами, а уровень грунтовых вод на склонах расположен ниже отметки НПУ (рис. 9.4, б).

Наиболее значительная фильтрация из водохранилищ наблюдается в первые годы их эксплуатации. Это объясняется тем, что в период заполнения водохранилища происходит насыщение водой грунта, слагающего ложе, и пополнение запасов подземных вод. С течением времени фильтрация уменьшается и через 4-5 лет стабилизируется. Фильтрация воды из водохранилища через поры породы изучена слабо из-за большого количества определяющих факторов и сложности проведения гидрогеологических исследований. Поэтому часто для оценки таких потерь опираются на опыт эксплуатации уже действующих водохранилищ.

По приближенным нормативам при средних гидрогеологических условиях слой потерь воды из водохранилища на фильтрацию может составить от 0,5 м до 1,0 м в год.