Что такое водохранилища

ВВЕДЕНИЕ

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

Сооружение водохранилищ – пример техногенного вмешательства  в природу в условиях неравномерного, естественного распределения водных ресурсов в пространстве и особенно во времени. Водохранилища решают целый  ряд важнейших социально-экономических  задач, удовлетворяя потребности человека в воде или защищая его от водной стихии.

Гидрологический режим водохранилищ управляется человеком, который  выбирает заранее нужные параметры  водоема и технические приемы его эксплуатации. Многие черты гидрологического режима водохранилищ определяются хозяйственными потребностями и регулируются. Вместе с тем искусственно созданные  водоемы начинают участвовать в  круговороте воды в речных системах, оказываются под влиянием комплекса  природных факторов и подчиняются  закономерностям, свойственным естественным водным объектам – рекам и особенно озерам.

Водохранилища своеобразные водные объекты, новый природно-техногенный  компонент ландшафта. Они преобразуют  режим рек, влияют на окружающую среду. Потребности практики заставляют изучать  режим водохранилищ, разрабатывать  стратегию рационального управления ими, принимать меры на предотвращение негативных факторов сооружений этих водоемов. Поэтому вполне правомочно говорить о разделе новом, т.е. о  возникновении нового раздела в  гидрологии – гидрология водохранилищ.

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

1 Что такое водохранилища

Водохранилища — искусственные водоемы. Они  предназначены для задержания, накопления, хранения и перераспределения во времени воды — регулирования  речного стока с целью использования  его для удовлетворения нужд народного  хозяйства: выработки электрической  энергии, орошения, водоснабжения, водного  транспорта. Большие водохранилища  обычно обслуживают несколько отраслей народного хозяйства.

Водохранилища создаются путем возведения плотин, перегораживающих долину реки, путем  обвалования речной поймы. В водохранилища  превращены некоторые озера путем  искусственного повышения их уровня с помощью плотин, построенных  вблизи истоков вытекающих из них  рек. На больших реках создаются  каскады водохранилищ. Малые водохранилища, создаваемые на мелких звеньях гидрографической сети, называют прудами, а в земляных выемках — копанями.

Площадь водохранилищ различна: от нескольких гектаров до нескольких тысяч квадратных километров. Размеры некоторых водохранилищ не уступают большим озерам мира. В  России наибольшими водохранилищами (по площади), не считая Иркутского и  Верхне-Свирского, образованных путем  подпора уровня Байкала и Онежского  озера, являются Куйбышевское (5900 км2) и  Братское (5500 км2). За рубежом к крупным  водохранилищам относятся: Кариба—  на р. Замбези, Мид — на р. Колорадо, Гаррисон — на р. Миссури и др.

Размеры площадей водохранилищ и другие морфометрические элементы сильно меняются при колебании  уровней. Так, площади Рыбинского, Цимлянского, Куйбышевского водохранилищ сокращаются  в 1,5—2 раза при максимальном снижении уровней по сравнению с наивысшим  проектным уровнем, что, естественно, не может не отразиться на изменении  их гидрологического режима, преобразовании берегов и дна котловины.

По форме  в плане и строению котловины  водохранилища делят на речные и  озерные. Речные водохранилища образуются в результате затопления русел и долин рек. Форма их вытянутая, очертания уреза повторяют очертания русла или долины. Длина во много раз превышает ширину. Наибольшие глубины располагаются в местах затопленных русел и увеличиваются к  направлению к плотине. Водохранилища озерного типа возникают в случае подпора озер, а также при затоплении не только русел и речных долин, но и приводораздельных пространств и междуречий (Рыбинское), бессточных котловин (Куюмазарское водохранилище в бассейне Зеравшана). Некоторые авторы выделяют озерно-речные водохранилища.

Водохранилища, созданные в долинах рек, совмещают  в себе признаки озера и реки. С озером их сближает замедленный  водообмен и как следствие  расслоение водной массы. Сходство с  рекой заключается в постоянстве  поступательного движения воды, наблюдаемого в их верхних участках и по оси  бывших затопленных русел. Это создает  большую проточность (водообменность) в водохранилищах по сравнению с  озерами и тенденцию к нарушению  стратификации.

Таким образом, двойственная природа водохранилища  и искусственное регулирование  стока его вод создают своеобразие  в уровенном, термическом, химико-биологическом, ледовом режиме и динамике его  водной массы. В крупных речных и  озерно-речных водохранилищах по морфометрическим особенностям котловины и по степени  соответствия режима речному или  озерному типу, выделяются характерные участки: нижний — приплотинный, всегда глубокий, с преобладанием режима озерного типа; средний — промежуточный, глубоководный только при высоких уровнях; верхний — мелководный, расположенный главным образом в пределах подтопленного русла и поймы, где в режиме преобладает речной тип и участок выклинивания подпора. Границы этих участков условны. Иногда их намечают по характеру режима волнения, меняющегося в связи с изменением глубины и амплитуды колебания уровней.

2 Водохранилища  как часть сложной природно-технической  системы и зоны его влияния  на окружающую среду. 

Водохранилищами называют искусственно созданные водоемы  или естественные озера с режимом, измененным человеком. Их обычно создают  в долинах рек, ручьев, а также  в чашах естественных озер путем  возведения подпорного сооружения —  плотины. В зависимости от ее высоты водохранилище может занять ту или  иную часть долины водотока или озерной  чаши и даже водораздельную территорию. Примером последнего служит Рыбинское, образованное путем затопления долин  трех рек: Волги, Мологи и Шексны, а  также Моложско-Шексшш-ского междуречья.

В отдельных  случаях водохранилища создаются  путем сооружения выемки. Это так  называемые наливные водохранилища. Для  них с помощью землеройных  машин обваловывается (иногда и углубляется) территория обычно в непосредственной близости от русла естественного  водотока. Вода наливается (самотеком  или путем подкачки) в период избыточного  ее количества в реке. Основным признаком  водохранилища, отличающим его от естественного  водоема, признаком обязательным, является возможность регулирования расхода  воды из водохранилища и его уровенного режима. Без соблюдения этого условия  водохранилища нет. Если по длине  речной долины созданы два водохранилища  или более (каскад), то появляется возможность  в некоторых из них регулировать и приток воды.

Для водохранилища  в момент его создания и в первый период его существования (несколько  лет, десятилетий) чрезвычайно характерно несоответствие между режимом водной массы и чашей водохранилища, т. е. как бы несоответствие между  формой и содержанием. Рельеф речной долины формировался в совершенно иных при родных условиях, нежели те, которые  возникали в результате превращения  речной долины в чашу водохранилища. В этом смысле создание водохранилища, особенно крупного, надо уподобить  «геологической» катастрофе, внезапной трансгрессии. Во вновь созданных условиях процессы взаимодействия водных масс с сушей, процессы становления режима водных масс внутри водоема, изменения условий на прилегающей суше происходят очень быстро. На глазах одного поколения и даже в более короткие сроки можно наблюдать такое развитие новых форм рельефа берегов и чаши, новых условий, которое для естественных водоемов длится во много раз (на несколько порядков) дольше. Таким образом, водохранилища, особенно большие, являются, помимо своего практического назначения, как бы крупными научными лабораториями, крайне интересующими географов, геологов, гидрологов, геоморфологов, гидротехников, гидробиологов, ихтиологов, гидрохимиков, климатологов и многих других специалистов в различных областях естественных и технических наук. Это крупный эксперимент в природе.

Нередко естественные, неуправляемые процессы в водохранилище приобретают  неблагоприятные направления, как с позиций эксплуатации водохранилищ по их прямому назначению, так и исходя из интересов наиболее эффективного использования комплекса водных и других естественных ресурсов: земельных, лесных, горнорудных, климатических, биологических (внутри водоема и на суше, растительных и животных) и т. п.. Для ликвидации этих неблагоприятных последствий требуются обычно немалые денежные затраты, а также большие трудовые и материальные усилия.

 В  литературе и в быту кроме  термина «водохранилище» встречается  термин «пруд». Это тоже искусственный  водоем. Есть ли разница и какая  именно между этими двумя понятиями?  С точки зрения авторов, принципиальной  разницы нет, преимущественно  она определяется размерами. Водохранилища  бывают очень крупными, большими, средними, малыми; пруды — это  малые хранилища воды. В прудах  гораздо легче, чем в более крупных водохранилищах, управлять многими процессами, определяющими режим водных масс, режим и формы дна и берегов. В нашем понимании, малое водохранилище и ПРУД — это синонимы.

С природоведческой точки зрения, водохранилища не могут  быть названы озерами, хотя внешне многие водохранилища в наиболее широкой  своей части напоминают их и потому нередко называются искусственными озерами. Причин, по которым водохранилища  нельзя отождествить с озерами, достаточно. Здесь назовем четыре.

Лишь  некоторые озера вытянуты в длину  настолько, по сравнению с наибольшей и средней своей шириной, что  в плане их можно уподобить  речному разливу. Из больших и средних в нашей стране это озера Хантайское, Телецкое, Пясино. Наоборот, среди водохранилищ всех размеров (за исключением очень малых и, конечно, наливных водохранилищ) почти нет таких, которые в плане не напоминали бы речной разлив при очень высоком паводке. Водохранилищ, по форме своего зеркала целиком напоминающих озера, очень мало; среди крупных — Рыбинское. Заметим, что оно имеет удивительно общую в плане конфигурацию с Онежским озером. Это не случайно. Причиной тому служит общность «пер возданного» рельефа, т. е. рельефа, существовавшего до образования озера или водохранилища, в данном случае рельефа водно-ледниковой равнины. Второе коренное отличие водохранилища от озера заключается в том, что по длине водохранилища, от плотины вверх по бывшей реке, новый подпертый водоем имеет несколько естественных природных зон. Каждая из них характеризуется специфическими гидро- и морфодинамическими особенностями. Выделяют четыре гидрологические зоны.

Глубоководная нижняя зона, где при всех уровнях  волнение развивается свободно, не взаимодействуя, за исключением прибрежной полосы, с дном. Динамические условия  близки к морским или глубоководноозерным. Промежуточная зона средних глубин в зависимости от положения уровня воды в разные сезоны года может  быть либо глубоководной (приуровнях, близких к нормальному подпорному уровню, т. е. НПУ), либо мелководной (при  низких отметках уровня).

Мелководная зона, где при любых положениях уровня сохраняются условия мелкого  моря или озера. Развитие волнения ограничивается влиянием дна. Волны здесь крутые. Зона выклинивания подпора, в которой даже при самом высоком горизонте воды сохраняются условия мелководного разлива; по мере снижения уровня она полностью обсыхает и становится либо дельтой, либо устьевым участком речного русла. Указанная зона существует во всех отдельно расположенных водохранилищах, а в каскаде бывает лишь в верхних водохранилищах.

Третье, самое важное различие, вытекающее из основного признака, особенно характерно для очень крупных и больших  водохранилищ. Оно заключается в  коренном различии амплитуд колебаний  уровня воды. В естественных больших  озерах, находящихся в самых разнообразных географических условиях, таких, как Ханко, Байкал (до его подпора плотиной Иркутской ГЭС), Ладожское, Онежское (до его подпора плотиной Верхне Свирской ГЭС), Севен (до частичного его опоражнивания и снижения уровня при выработке энергии на каскаде ГЭС, построенных па реке Раздан, вытекающей из Севана), Балхаш, Иссык-Куль и целый ряд других, годовая амплитуда уровней обычно очень невелика (0,2—1,5). Исключение составляет озеро Ильмень; амплитуда его уровня достигает 6—8 м. Оно по многим сторонам своего режима и режима прилегающей территории напоминает водохранилища на равнинах. Из амплитуд искусственно регулируемых уровней наших крупнейших и больших водохранилищ приведем несколько достаточно типичных для водохранилищ на равнинных реках европейской части страны.

Еще больше амплитуды уровней на неравнинных  водохранилищах (глубоко врезанных  в плато, предгорных, горных): Братское на Ангаре — до 10 м; Красноярское на Енисее — до 18; Токтогульское на Нарыне (приток Сырдарьи)— порядка 50; Ингурское на Ингури — около 80 м.

Изменения, которые испытывает уровень воды в водохранилище в течение  года, ведут к сезонным изменениям глубин, течений, ветроволновых процессов, что накладывает отпечаток на динамику берегов, накопление донных осадков, на термику, гидрохимический, гидробиологический режимы, на величину площади зеркала  и зоны периодической осушки и  затопления, на характер влияния водоема  на прилегающую сушу. Следовательно, водохранилище — водоем крайне неодинаковый в разные сезоны года. В сущности, при низком и высоком уровне — это совершенно разные водоемы. Достаточно сказать, что одно из крупнейших наших водохранилищ- Куйбышевское, образованное плотиной гидроэлектростанции им. В. И. Ленина на Волге, в районе г. Тольятти. Площадь переменного затопления или периодической осушки (полуболота) равна площади зеркала при минимальном горизонте воды. В это время она превышает 2,5 тыс. км2. Среди водохранилищ есть и такие, которые в отдельные годы срабатываются полностью, т. е. осушаются до дна, например в среднеазиатских республиках, в Донбассе и др.