Ли водохранилище. Крупные 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

Методика определения полезной емкости зависит от масштабности проекта и степени ответственности сооружения, режима регулирования стока (сезонного или многолетнего) и стадии проектирования.

В данной работе примем балансовый метод для расчетного года 75% обеспеченности, то есть будем определять емкость водохранилища по разности интегральной кривой стока и водопотребления.

Для расчета используется таблица расчета исполнения водохранилища.

Табл.12. Динамика наполнения водохранилища при регулировании расчетного года

Полезный объем водохранилища

Определение мёртвого объема водохранилища.

Мертвый объем водохранилища назначают из следующих соображений:

Заиление емкости водохранилища в результате отложения наносов должно произойти не раньше установленного периода (T заил = 50 лет);

В соответствии с санитарными требованиями глубина водохранилища должна быть не менее заданной отметки, которая устанавливается из условия предотвращения инфекционных заболеваний;

Недопущение полного промерзания емкости (h > 3м);

При наличии судоходства в ВБ глубина должна соответствовать требованию водного транспорта;

Так как в состав гидроузла входит ГЭС, напор, созданный при отметке МО должен обеспечивать проектную выработку электроэнергии и гарантированную мощность ГЭС.

Из всех видов емкостей выбирается максимальная.

Санитарный объем.

Принимается по величине попуска на разбавление

Объем заиления

Где S – среднемноголетний сток, S=457,27млн.м 3 ;

Мутность реки, кг/м 3 ;

r – доля влекомых насосов, r=0.04(0,05)

T заил – расчетный срок заиления водохранилища, Т заил =50лет;

– объемный вес отложений (насосов), =1100-1200кг/м 3

Требования ГЭС.

– отметка нижнего бьефа,

Для определения отметки нижнего бьефа при расходах нам необходима кривая расходов в нижнем бьефе.

Где t – среднее количество секунд в месяц, t = 2.63 млн.сек/мес;

W ГЭС i – объем воды для ГЭС за один месяц.

Следовательно, Н НБ =131,5 м

Находим объем ГЭС в верхнем бьефе

Для = 131,5 м получаем =113 млн.м 3

Общий обьем воды для ГЭС находим по формуле:

При получаем НПУ=168м.

Характерные емкости показаны на батиграфической кривой

Ак же наносим полный и мертвый объемы.

Уточняем площадь зеркала водохранилища при отметке НПУ =444м:

Выводы:

1. В проекте запроектирован ВХК в составе следующих участников: ГКБХ, СКБХ, промышленность, орошение, животноводство (КРС), рекреация, ТЭС, водный транспорт, рыбное хозяйство, ГЭС.

Проведен комплекс специальных водохозяйственных мероприятий по экономии водных и улучшению их качества (применили 5 методов управления):

1) Введение оборотной системы водоснабжения в промышленности;

2) Улучшение качества очистки сточных вод ГКБХ и рекреации;

3) Ограничение водопотребления в орошении и в животноводстве;

4) Снижение нагрузки на водный объект со стороны СКБХ, животноводства и орошения;

5) Повторное использование сточных вод животноводства на орошение;

6) Переброска части стока из смежного бассейна реки.

В результате расчетов ВХБ = 0,53 млн. м 3 . При этом снята необходимость многолетнего регулирования стока.

2. При расчете ВХБ в месячных интервалах времени наблюдаются дефициты воды в отдельные месяцы года (1,2,6,7,8,9,10,11,12), а в остальные месяцы (3,4,5) наблюдаются избытки воды.

3. Запроектировано водохранилище сезонного регулирования для снятия внутригодовых дефицитов водных ресурсов и повышения водообеспеченности с учетом санитарно-экологических требований.

4. В составе гидроузла предусмотрено водохранилище объемом W полн =179,9 млн. м 3 при отметке НПУ = 168 м, земляная плотина, высотой Н плот = 38 м, с открытым береговым водосбором и здание ГЭС руслового типа.

Список используемой литературы:

1. Комплексное использование и охрана природы. Под ред. В.В. Шабанова. – М.: Колос,1994.

2. Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А. Разработка водохозяйственных мероприятий в бассейне реки. – М.: МГУП, 2011. 100 с.

3. Практикум по инженерной гидрологии и регулированию стока. Под ред. Е.Е. Овчарова. – М.: Колос, 1996.

4. Мелиорация и водное хозяйство. Т. 5. Водное хозяйство: Справочник / Под ред. Бородавченко И.И., - М.: Агропромиздат, 1988.

На территории России построено более ста крупных объектов - искусственно созданных с помощью плотин скоплений воды. В данной статье рассмотрим подробно, что такое водохранилище, его основные характеристики, роль влияния на экологию.

Водохранилище - что это?

Что такое водохранилище? Это компонент ландшафта, искусственно созданный человеком. Гидрологический речной режим регулируется в соответствии с необходимыми требованиями. Использование накопленных вод в водохранилище определяется хозяйственными потребностями.

Роль искусственных водоемов

Россия занимает огромные площади континента Евразия. Ее территории простираются от берегов Северного Ледовитого океана до южных степей и пустынь. Не везде есть обилие рек и озер, полностью удовлетворяющих запросы человека. Народное хозяйство требует больших расходов пресной воды. Искусственные водоемы с давних пор использовались для бытовых нужд населения и орошения посевов. Древнейшим рукотворным резервуаром считается египетский Садд-эль-Кафара, построенный еще до нашей эры. С начала XX века сооружение таких водоемов стало повсеместным. Сейчас на планете более 60 тысяч искусственно созданных водоемов. Крупнейшими водохранилищами в мире признаны Насер в Египте на реке Нил, Вольта в Гане, в России Куйбышевское на Волге и Братское на Ангаре.

Назначение

Суммарная площадь всех водоемов мира, созданных человеком за всю историю, - более 400 тысяч квадратных километров. Большинство водохранилищ расположено в Европе, Азии и Северной Америке. Что такое водохранилище для людей, кроме больших запасов воды, используемых для основных бытовых и хозяйственных потребностей? Эксплуатация искусственных водоемов позволяет более разумное применение водных ресурсов - накопленные применяют для орошения почвы, водоснабжения населения и промышленности, гидроэнергетики и транспортных путей. Также используются с целью предотвращения наводнений.

Часто водохранилища - это излюбленные места отдыха и рыбной ловли. Однако, несмотря на положительный экономический эффект, строительство плотин нередко вызывает негативные последствия, влияющие на экологию сопредельных территорий.

Категории искусственных резервуаров

Водохранилища могут подразделяться по нескольким признакам:

• структура;
• местонахождение в речном бассейне;
• способ заполнения;
• степень регулирования уровня воды;
• географическое расположение.

По характеру ложа водохранилища делятся на:

1. Долинные - долины, перегороженной плотиной, является ложем. Направление уклона дна от верхней части к плотине - основной признак, определяющий это водохранилище. Глубина увеличивается к плотине. Могут быть русловые и пойменно-долинные.
2. Котловинные - расположены в изолированных от моря с помощью дамб низинах.

По месту в речном бассейне:

1. Верховые.
2. Низовые.
3. Каскад - ступенчатая система на речном русле.

По наполняемости водой:

1. Наливные.
2. Запрудные.

По характеру регулирования уровня воды:

1. Многолетний - заполнение ложа может происходить в течение нескольких лет.
2. Суточный - уровень регулируется постоянно.
3. Сезонный - сброс воды происходит в определенное время года. Сезонные стоки применяются в целях искусственного орошения сельскохозяйственных земель в весенне-летний период и снижения возможной опасности наводнения.

Зимние понижения уровня опасны для растительного и животного мира созданного с помощью плотины водоема. В случае если сезонный сток происходит на водохранилище зимой, пласты льда, оседающие на осушенное дно, придавливают большое количество рыбы.

По географическому положению:

1. Равнинное - широкое водохранилище, высота уровня воды не больше 30 метров.
2. Горное - величина повышения уровня может достигать более 300 метров.
3. Предгорное - показатели находятся в пределах 100 метров.
4. Приморское - напор несколько метров, сооружают в морских заливах.

Что такое водохранилище для рыбака и туриста?

Изменение русла реки оказывает негативное влияние на нерест рыбы. Вследствие изменения кормовой базы и мест скопления популяций постепенно беднеет видовой состав. Ценные породы исчезают. Однако рыбная ловля на водохранилище зачастую бывает удачной.

Крупные водохранилища характеризуются собственным микроклиматом. Нередко крупные пресные резервуары называют морем. На открытом водном зеркале возникают волны, которые из-за отсутствия естественных препятствий в виде островов отличаются большой высотой. Не только жители окрестных берегов предпочитают отдых на водохранилище, живописные ландшафты и богатая фауна привлекают многочисленных туристов и путешественников.

Влияние на окружающую природу

Строительство водохранилищ может неблагоприятно повлиять на природные условия окружающей местности. Самые серьезные негативные последствия строительства крупных водохранилищ - затопление земель, подъем уровня грунтовых вод, заболачивание прибрежных зон. Общая площадь территорий, ушедших под воду, - приблизительно 240 тысяч квадратных километров. Заиление водохранилищ представляет собой процесс формирования крупных наносов на дне, приводит к уменьшению уровня воды. Также предполагается, что дополнительная нагрузка в виде массы накопленных объемов воды может привести к повышению уровня сейсмичности.

Сооружение водохранилищ влечет множество разнообразных последствий. В процессе создания и эксплуатации плотин следует тщательно планировать строительство и учитывать экологические прогнозы.

— искусственные водоемы, созданные, как правило, в долинах рек для накопления и хранения воды с целью использования в народном хозяйстве.

Водохранилища имеют черты сходства с и : с первым — по внешнему виду и замедленному водообмену, со второй — по поступательному характеру движения вод. При этом у них есть и свои отличительные особенности:

• водохранилища испытывают значительно большие, чем реки и озера, колебания уровня воды в течение года, которые связаны с искусственным регулированием стока — накоплением и сбросом вод;
• поточность вод приводит к меньшему нагреву воды, чем в озерах;
• мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные — позже, чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек;
• минерализация вод водохранилищ больше, чем реки, и др.

Первые водохранилища, служившие для орошения полей, люди стали сооружать еще до нашей эры в долинах Нила, Тигра и Евфрата, Инда, Янцзы и др. В Средние века водохранилища были уже не только в Азии и Африке, но и в Европе и Америке. В Новое время водохранилища стали использовать не только для орошения, но и для промышленного водоснабжения и для развития речного транспорта. В новейшее время еше одной функцией водохранилищ стало получение электроэнергии.

Огромное количество водохранилищ было построено после . С того времени и до сегодняшнего дня их количество во всем мире возросло в пять раз. Именно в этот период были созданы самые крупные водохранилища мира. Пик создания водохранилищ в большинстве регионов мира пришелся на 1960-е гг., а затем начался постепенный спад.

В настоящее время на земном шаре эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ.

Основными параметрами водохранилищ являются площадь зеркала, объем воды, глубина и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Площадь водного зеркала всех водохранилищ мира составляет 400 тыс. км 2 . Самым большим по площади зеркала считается водохранилище Виктория (Оуэн-Фоле) в Восточной Африке (Уганда). В его состав включается и озеро Виктория (68 000 км 2), уровень которого поднялся на 3 м в результате сооружения в 1954 г. плотины Оуэн-Фоле на реке Виктория-Нил. Второе место занимает водохранилище Вольта, расположенное в Республике Гана (Западная Африка). Его площадь зеркала составляет 8482 км 2 .

Длина некоторых наиболее крупных водохранилищ достигает 500 км, ширина — 60 км, максимальная глубина — 300 м. Самое глубокое водохранилище мира — Боулдер-Дам на р. Колорадо (средняя глубина 61 м).

Полный объем водохранилищ мира составляет 6600 км 3 , а полезный, т. е. пригодный для использования, — 3000 км 95 % воды водохранилищ приходится на водохранилища объемом более 0,1 км 3 . Самым большим водохранилищем по объему воды является также водохранилище Виктория (204,8 км 3). Братское водохранилище, расположенное на реке Ангара, следует за ним (169,3 км 3).

По объему воды и по площади водного зеркала водохранилища подразделяются на крупнейшие, очень крупные, крупные, средние, небольшие и малые.

Крупнейшие водохранилища имеют полный объем воды более 500 км 3 . Всего их 15. Они есть во всех регионах мира, кроме Австралии.

По своему генезису водохранилища подразделяются на долинно-речные, озерные, располагающиеся у выходов подземных вод, в эстуариях рек.

Для водохранилищ озерного типа (например. Рыбинское) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Долинно-речные водохранилища (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, как правило, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Назначение водохранилищ

По конкретному назначению воды водохранилища могут использоваться для орошения, водоснабжения, получения гидроэнергии, судоходства, рекреации и т. д. Причем они могут быть созданы для единой цели или для комплекса целей.

Более 40 % водохранилищ сосредоточены в умеренном поясе Северного полушария, где находится большинство экономически развитых стран. Значительное число водохранилищ расположено и в субтропическом поясе, где их создание связано прежде всего с необходимостью орошения земель. В пределах тропического, субэкваториального и экваториального поясов количество водохранилищ относительно невелико, но поскольку среди них преобладают крупные и крупнейшие, их доля в полном объеме всех водохранилищ составляет более 1/3.

Хозяйственное значение водохранилищ велико. Они регулируют сток, уменьшая наводнения и поддерживая необходимый уровень рек в течение остального времени года. Благодаря каскаду водохранилищ на реках создаются единые глубоководные транспортные магистрали. Водохранилища — зоны отдыха, рыболовства, рыбоводства, разведения водоплавающей птицы.

Но наряду с положительным значением водохранилища вызывают нежелательные, но неизбежные последствия: затопление земель выше плотины, прежде всего богатых пойменных лугов; подтопление и даже заболачивание земель выше плотины в зоне влияния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; осушение земель ниже плотины; ухудшение качества воды в водохранилищах из-за снижения самоочищающей способности и избыточного развития сине-зеленых водорослей; плотины водохранилищ препятствуют нересту рыбы, причиняя ущерб рыболовству, и т. д.

При этом строительство водохранилищ наносит природе непоправимый вред: затопление и подтопление плодородных земель, заболачивание прилегающих территорий, переработка берегов, обезвоживание пойменных угодий, изменение микроклимата, в реках прерываются генетические миграционные пути рыб и др. Кроме этого, их сооружение в равнинной местности связано вырубкой лесов и необходимостью переселения многих тысяч людей. Конечно же, речь здесь в большей степени идет о крупных водохранилищах.

Параметры водохранилища, характеризующие его размеры, устанавливают на основе водохозяйственного расчета. При этом полный объем воды в водохранилище принято подразделять на мертвый и полезный (рис. 1).

Рис. 1 План и схематический продольный профиль водохранилища

Мертвый объем (V умо) - это постоянная часть полного объема водохранилища, которая в нормальных условиях эксплуатации не срабатывается и в регулировании стока не участвует. Уровень поверхности воды, ограничивающий этот объем сверху, называют уровнем мертвого объема (УМО). Это минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка в условиях нормальной эксплуатации.

Полезный объем (Vп лз) - основной объем водохранилища, предназначенный и используемый для регулирования стока. Он ограничен сверху нормальным подпорным уровнем (НПУ), то есть наивысшим проектным подпорным уровнем верхнего бьефа, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений, а снизу - УМО.

Полнный объем водохранилища соответствует отметке НПУ и равен сумме полезного и мертвого объемов:

V плн = V НПУ = V УМО + V плз. (1)

Подпорный уровень выше нормального, временно допускаемый в верхнем бьефе в чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений называют форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Он ограничивает сверху объем воды, находящейся в водохранилище выше НПУ, который называют форсированным или резервным, объемом (V ФПУ).

Главная задача водохозяйственного расчета водохранилища является определение полезного и мертвого объемов, а также выбора НПУ и УМО.

Полезный объем водохранилища и соответствующий ему НПУ определяются в результате сопоставления технико-экономических показателей различный вариантов водохранилищ.

Мертвый объем V УМО и соответствующий ему УМО определяют ряд условий и соображений:

- прежде всего учитывается количество (или объем) транспортирующих с рекой наносов. В этих случаях мертвый объем необходим для аккумуляции твердого стока, чтобы предотвратить уменьшение полезного объема в течение расчетного срока службы водохранилища;

На водохранилищах, используемых для коммунально бытового водоснабжения и рыбного хозяйства, определяющим фактором для определения мертвого объема является санитарно-технические требования и условия обеспечения необходимого качества воды;

При транспортном использовании водохранилищ УМО определяют как минимадбный навигационный уровень, обеспечивающий необходимые глубины для судоходства;

На ГЭС УМО назначают из условия нормальной работы агрегатов гидростанций, в частности турбин;

Наконец, во избежании прогрева воды, зарастания водохранилищ и ухудшения гидрохимического и гидробиологического режимов в них в летнее время средняя глубина УМО должна быть не менее 2.0 - 2.5 м, а площадь мелководья с глубинами менее 2 м - не более 30% площади водохранилищ.

Таким образом, окончательно отметка УМО водохранилищ назначается с учетом требований всех водопользователей и водопотребителей.

Форсированный объем (V ф) создается за счет форсирования (повышения) уровня воды в водохранилище выше НПУ в период высоких паводков или половодья, чтобы предотвратить наводнения в нижнем бьефе. Поэтому его называют иногда противопаводковым. Отметка ФПУ зависит от максимальных расходов воды расчетной обеспеченности гидрографа половодья (паводка), размеров и типа сбросных сооружений.

Характеристики водохранилища. К основным характеристикам водохранилищ относят зависимость площади водной поверхности W и объема (V) воды в водохранилище от уровня Н или от глубины h в нем. Кривую

W = W (Н) или W = W (h) называют кривой площадей водной поверхности водохранилища;

кривую V=V(H) или V=V(h) кривой объемов.

Эти кривые называют батиграфическими кривыми.

Сначала стороится кривая площади водохранилища. Для этого используются крупномасштабные топографические карты. Площади водной поверхности водохранилоща W, соответствующие различным уровням воды Н, определяют путем планиметрирования площадей между отдельными горизонталями и створами плотины, замыкающими горизонталями у берегов. Далее используя зависимость W = W (Н) определяют объем водохранилища по формуле

где W i и W i+1 - площади водной поверхности, соответствующие уровням воды Н i и Н i+1 ,км 2 ; DH i, i+ 1 = H i+1 -H i приращение уровня, м.

Объем воды в водохранилище определяют путем последовательного суммирования частичных объемов DV i.

где W H,i , V H,i - площадь водной поверхности и объем воды в водохранилище при уровне Н i .

Критерии литорали (мелководья) определяют по формуле

Наряду с батиграфическими кривыми (рис.2),

Рис.2 Батиграфические кривые

также строят кривые зависимости H=H(v), W = W(v), h ср = h ср (v). Эти кривые называют объемными характеристиками водохранилища (рис.3).

рис. 3 Объемные характеристики водохранилища