Новости и общество

Что такое водохранилище? Самые большие водохранилища России

24 января 2018

Если внимательно рассматривать карту России, то в разных ее регионах можно увидеть довольно крупные голубые пятна неправильной формы - водохранилища. Судя по их размеру, это настоящие моря, заключенные в глубине материка. Согласно статистическим данным, водохранилища России содержат в себе около 800 кубических километров пресной воды. Впечатляющая цифра.

Что называют водохранилищем? Как оно образуется? Какие функции выполняет в народном хозяйстве? Ответы на все эти вопросы - в нашей статье. Кроме того, вы узнаете о том, какое водохранилище в России самое крупное. Итак, начнем нашу виртуальную прогулку по искусственным морям страны.

Водохранилище - что это такое?

Водохранилищем в гидрологии принято называть довольно крупный водоем искусственного происхождения, образованный подпорным сооружением (дамбой или плотиной ГЭС) с целью накопления и дальнейшего использования воды для нужд хозяйства и населения. Сравнительно небольшие по площади искусственные водоемы также нередко называют прудами или ставками.

Силу текущей воды наши предки использовали с самых древних времен. Так, первые упоминания о водяных мельницах встречаются еще в древнерусских летописях. При таких мельницах, само собой разумеется, создавались небольшие прудики. Именно их и можно считать прототипами современных «искусственных морей».

Первые водохранилища в России начали создавать в начале XVIII века, во время соединения системой каналов Волги с Балтийским морем. В XIX веке искусственные водоемы активно использовались для судоходства, а также снабжали сотни промышленных заводов водой и электроэнергией.

В современной России водохранилища также исправно служат людям. В частности, они:

Снабжают водой поля и сельскохозяйственные угодья в засушливых районах страны (через оросительные системы).
Регулируют сток крупных рек и таким образом предотвращают наводнения и подтопления населенных пунктов.
Создают условия для свободного перемещения крупногабаритных судов.
Способствуют разведению многих ценных пород ихтиофауны.
Создают условия для активного отдыха и рекреации местного населения (как летнего, так и зимнего).

Классификация водохранилищ

Существует большое количество классификаций водохранилищ. Их делят по характеру использования, площади поверхности, объему воды, глубине, местоположению и т. д. Так, исходя из строения дна, водохранилища бывают:

Долинные (те, которые сформировались в речных долинах).
Котловинные (образованные путем подпруживания озера, морского залива или лимана).

По местоположению водного объекта все водохранилища можно поделить на:

Равнинные.
Предгорные.
Горные.

Наконец, по площади водного зеркала водохранилища делятся на:

Малые (до 2 км 2).
Небольшие (2-20 км 2).
Средние (20-100 км 2).
Большие (100-500 км 2).
Очень большие (500-5 000 км 2).
Крупнейшие (свыше 5 000 км 2).

Видео по теме

Самые большие водохранилища России: список и названия

Россия - абсолютный лидер на планете по общему количеству искусственных водоемов. Здесь таковых насчитывается не менее 30 тысяч. Почти все водохранилища России были созданы уже после Второй мировой войны, преимущественно в 50-70-х годах ХХ века. По территории страны они размещены крайне неравномерно. Так, в азиатской части их примерно в десять раз меньше, чем в европейской.

Итак, крупнейшие водохранилища России (по площади):

Куйбышевское (6 500 км 2).
Братское (5 470 км 2).
Рыбинское (4 580 км 2).
Волгоградское (3 117 км 2).
Цимлянское (2 700 км 2).
Зейское (2 420 км 2).
Вилюйское (2 360 км 2).
Чебоксарское (2 190 км 2).
Красноярское (2 000 км 2).
Камское (1 910 км 2).

«Жигулевское море»

Площадь: 6 500 км 2 . Объем: 58 км 3 .

Самое большое водохранилище в России (и третье по величине в мире) - Куйбышевское. Его еще часто называют "Жигулевским морем". Оно возникло в 1957 году в результате возведения плотины одноименной ГЭС. Расположено на реке Волге, в пределах нескольких регионов РФ: Самарской и Ульяновской областей, Чувашии, Татарстана и Республики Марий Эл.

Протяженность Куйбышевского водохранилища - 500 км, а максимальная ширина - 40 км. Глубины не превышают сорока метров. Грандиозный водный резервуар находится в сердце крупнейшего промышленного края России. Жигулевская ГЭС ежегодно производит около 10 млрд. кВт-час электроэнергии. Само же водохранилище обеспечивает пресной водой более одного миллиона гектаров сельскохозяйственных угодий. Помимо всего прочего, Жигулевское море является популярной рекреационно-туристической зоной благодаря мягкому климату и живописности береговой линии.

Братское водохранилище

Площадь: 5 470 км 2 . Объем: 169 км 3 .

Братское водохранилище, расположенное на реке Ангаре, уступает Жигулевскому морю по площади, но во многом превышает его в объеме. Соответственно, и глубины водного резервуара относительно велики: в отдельных местах они достигают отметки в 150 метров.

Братская ГЭС, построенная в 1961 году, затопила огромное количество земель (включая знаменитый Братский Острог) и в то же время поспособствовала созданию мощнейшего промышленного кластера в азиатской части страны. В наши дни водоем активно используется для водоснабжения, сплава древесины и вылова рыбы. Его берега чрезвычайно сильно изрезаны. В местах впадения в Ангару других водотоков сформировались достаточно широкие и длинные заливы.

Рыбинское водохранилище

Площадь: 4 580 км 2 . Объем: 25 км 3 .

Второе по размеру водохранилище на Волге - Рыбинское. Оно расположено в пределах трех областей - Ярославской, Тверской и Вологодской.

Водохранилище отличается довольно необычной формой. 17 тысяч лет назад на его месте существовало крупное ледниковое озеро. Со временем оно высохло, оставив после себя обширную низменность. Ее заполнение началось в 1941 году в результате сооружения Рыбинского гидроузла. 130 тысяч человек пришлось переселить в другие места. Более того, создание Рыбинского водохранилища поглотило 250 тысяч гектаров лесов, около 70 тысяч га пашни и 30 тысяч га пастбищ.

Сегодня на берегах псевдоморя действует гигантская научная лаборатория, изучающая воздействие искусственных водоемов на природные комплексы тайги.

Когда речь заходит о городском водоснабжении, то подразумевается водохранилище или подземная скважина. Но это не единственное предназначение искусственного водоема.

Акватория водохранилища сильно отличается от речной или озерной. В особенности при формировании ветровых волн на искусственном водоеме они всегда больше и могут достигать 3 метров.

Первыми, кто начал возводить водохранилища, были Египтяне, еще более 3 тысяч лет до нашей эры. Основной целью строительства было освоение долины Нила.

В Российской империи первым искусственным водоемом является Алапаевское (средний Урал), возведенное в 1740 году. Появилось оно при строительстве Вышневолоцкой водной артерии.

Что такое водохранилища другие цели их строительства

Во многих регионах водохранилище несет защитную функцию от паводковых затоплений и продолжительных дождей. На территории России, в зависимости от региона, уровень воды весной может повышаться до 70 %. Поэтому в стране так много водохранилищ. К примеру, в Австралии не сооружено ни одного хранилища для воды.

Из искусственного водоема может производиться забор воды для орошения сельскохозяйственных угодий. Несмотря на весеннее увеличение количества воды, ее недостаток может остро ощущаться в летнюю засуху. По-сути происходит аккумуляции воды в хранилище и по мере необходимости производится сброс в русло реки, до момента, когда уровень дойдет до нормы.

Еще одна проблема, которая была решена в регионах после строительства искусственного водоема, - создание новых и улучшение существующих речных путей сообщения.

Водохранилище играет важную роль в получении дешевой электрической энергии, без нанесения экологического ущерба окружающей среде.

Рекреационная зона и рыбалка

Что такое водохранилища для жителя близлежащих населенных пунктов? Прежде всего, зона отдыха, где можно понежиться на солнце и искупаться в воде, не выезжая даже за пределы региона проживания.

На базе множества водохранилищ создаются рыбоводческие хозяйства. Где могут разводить уникальные сорта речной рыбы. Рыбачить можно на платной и бесплатной основе.

Негативные последствия строительства

Но не для всех людей вопрос о том, что такое водохранилище, покажется праздным. Ведь возведение такого сооружения предполагает затопление огромных территорий. А это не только пахотные угодья, леса и поля, а и населенные пункты. На берегах многих водоемов находят даже сейчас останки животных и людей, если кладбища не были перенесены.

Для природы это тоже не всегда хорошо. Как правило, все территории, находящиеся выше плотины превращаются в болота.

Эффективность работы

Все водохранилища имеют не только чашу, которую заполняют водой, но и ряд других сооружений:

плотину или дамбу;
очистительные и фильтрационные станции.

Сами водоемы по мере приближения к дамбе увеличиваются в глубину.

Для оценки эффективности сооружения используют три показателя уровня воды:

ФПУ, формирующий подпорный уровень. Такое состояние достигается в период паводков или после обильных дождей. Отметка уровня воды достигает наивысшей точки, но такой уровень сохраняется очень короткий промежуток времени.
НПУ, нормальный уровень и считается самым оптимальным. Этот показатель отражает то, что водохранилище способно обеспечить нормальное существование всей системы;
УМО, уровень мертвого уровня. Этот показатель является граничным и если воды становится меньше этой отметки, то водохранилище уже не будет выполнять возложенные на него функции.

Важность очистки воды

Вода в водохранилище находится в открытой чаше и, понятное дело, что в таком виде она не может поступать в жилье человека. На протяжении всего времени в чашу попадают не только паводковые воды, но и выбросы с предприятий, бытовые отходы. Именно по этой причине на каждом таком пруду стоят очистные сооружения. Здесь проводят не только фильтрацию, но и обеззараживание. Но из-за вредности хлора для человеческого организма, которым пользуются в процессе очистки воды, рекомендуется дополнительно очищать воду поступающую из крана домашними фильтрами.

Типы водохранилищ

Больше всего распространены искусственные хранилища воды, которые формируют в долинах природных водоемов. Устанавливаются специальные подпорные конструкции. Это могут быть дамбы, плотины, шлюзы. Именно такие сооружения встречаются чаще всего и подразделяются на два подтипа:

Русловые или речные. Обустраиваются в долинах рек и имеют продолговатую форму. Водные массы максимально приближены к речным, с преобладанием сточных вод.
Озерный тип. Такое водохранилище внешне схоже с озером, но только с наличием подпор.

Самые огромные искусственные водоемы в мире и России

В Ганне есть искусственный водоем, площадь зеркала которого составляет 8482 квадратных километра. Это гидротехническое сооружение самое крупное на всей планете.

На втором месте канадское водохранилище Смолвуд, площадью в 6527 квадратных километров.

Третье крупнейшее водохранилище в мире - Куйбышевское, его площадь - 6450 кв. км. Далее идет Кариба (Замбия и Зимбабве) - 5580 кв. км, и:

Бухтарминское (Казахстан), 5490 кв. км;
Братское (Россия), 5426 кв. км;
Насер (Судан и Египет), 5248 кв. км.

Замыкает шестерку лидеров Рыбинское водохранилище, площадью 4580 кв. км.

Кстати, с этим водоемом связана интересная история. Планы создания водного Волжского каскада появились еще при императорской России. Но к реализации замысла вернулись только в 1923 году. Советская власть приняла решение полностью решить проблему волжского судоходства. В результате построили целый каскад водоемов, который дал право Москве называться портом пяти морей.

Все возводимые гидроузлы имели собственное водохранилище. Рыбинское было самым большим до 1950 года, пока не заполнили Куйбышевское.

В результате строительства водоема затопили 5 тысяч квадратных километров. С лица земли исчез город Молога и 600 деревень. Переселили порядка 130 тысяч человек и вырубили гектары лесов. 13 апреля 1941 года считается датой основания водного сооружения, именно тогда появилась дамба. Затопление происходило постепенно. Естественно, что война повлияла на ход строительства, полностью заполнить хранилище удалось только к 1947 году.

Но проект все равно оказался удачным. Сегодня Рыбинское море входит в состав одного из важнейших транспортных узлов страны. При снижении уровня воды можно воочию увидеть остатки города Молога.

Кратко о правилах сооружения искусственных водоемов

Как любое сложное сооружение, строительство водохранилища предполагает разработку проекта. На этом этапе изучается тип грунта, климатические особенности региона, периодичность осадков и рельеф.

Как правило, такие водоемы строят выше промышленных предприятий и населенных пунктов, чтобы снизить загрязнения. Плотина или дамба устанавливается в самом узком месте. Ось такой конструкции обязательно находится перпендикулярно течению речки и берегам. Дамба делит речку на бьефы, верхний и нижний. В первом формируется именно чаша водохранилища. Не допускается строительство в местах, где неустойчивые грунты, есть риск появления оползней или склоны задернованные.

Что такое водохранилище? Это рукотворное сооружение для накопления воды с целью использования для водоснабжения и народного хозяйства, регулирования паводков и судоходства.

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

С каждым годом создается все больше искусственных озер-водохранилищ. В стране имеется свыше 1,2 тыс. водохранилищ объемом около 1 млн. м 3 . В настоящее время на территории России, по неполным данным, насчитывается свыше 1200 водохранилищ. В таблице (Авакян А.Б. и др. Водохранилища. М.: Мысль, 1987) учтены только паспортизированные и крупные водохранилища, не учтены еще многие небольшие и малые водохранилища, в связи с незавершившейся паспортизацией, особенно в Татарской, Удмуртской, Карельской и Дагестанской республиках, Краснодарском, Ставропольском и , Воронежской, Смоленской, Новгородской и Ульяновской областях. Завершение паспортизации позволит уточнить их общее количество, объемы и назначение. Крупномасштабное гидротехническое строительство в СССР, в том числе и сооружение водохранилищ обусловлено тем, что реки в естественном состоянии не могут уже удовлетворять возросшие хозяйственные и социально-бытовые нужды. Создание водохранилищ в наиболее освоенной части страны (южные, центральные, северо-западные районы Европейской части России, Северном ) вызвано тем, что на эти районы приходится незначительная часть водных ресурсов, а также неравномерностью по сезонам года и между отдельными годами.

На наиболее развитые экономические районы страны, занимающие около трети территории России, приходится всего лишь около 10% водных ресурсов. Во многих районах России более половины годового стока приходится на 2 — 3 весенних месяца, а сток маловодных лет значительно меньше среднемноголетних значений. Водохранилища издавна используются как в узкоотраслевых, так межотраслевых целях. Главные виды использования — гидроэнергетика, теплоэнергетика, и обводнение, водоснабжение, рыборазведение, а также их использование. Большинство водохранилищ на реках ( , Кама, и др.) имеют и большое воднотранспортное значение. А некоторые водохранилища на , Северном Кавказе используются в борьбе с . На 1.01.1979 г. в СССР действовало 385 ГЭС. Они вырабатывали более 170 млрд. кВт/ч очень дешевой и экологически чистой гидроэлектроэнергии, что составляло около 13% от общей ее выработки. Около 100 водохранилищ обеспечивают водой тепловые и атомные электростанции. В СССР орошалось и обводнялось за счет водохранилищ свыше 18 млн.га засушливых земель. Но возможности многих водохранилищ используются еще не полностью. На 80-е годы в СССР общая протяженность внутренних водных путей составила свыше 145 тыс. км, в том числе и по водохранилищам — 12 тыс.км.

Создание водохранилищ позволило коренным образом улучшить водные пути главных речных систем страны ( , Дона, Камы, Ангары и др.). Строительство водохранилищ позволило образовать единую глубоководную систему водных магистралей Европейской территории страны и улучшить судоходные условия на больших по протяженности участках а также ниже регулирующих водохранилищ. За счет построенных водохранилищ, особенно в Карелии и Приуралье, улучшились условия по сплаву леса. Созданные водохранилища позволили повысить качество коммунального и промышленного водоснабжения больших городов и городских агломераций (Москвы, Нижнего Тагила и др.), крупных .

Параметры водохранилищ страны колеблются в широких пределах: полный объем от 1 до 169 млн.м 3 . Площадь водного зеркала от 0,2 — 0,5 до 5900 км2 (а с учетом подпруженных озер — до 32966 км2). Существенным образом различаются длина, ширина, наибольшая и средняя глубины. Максимальная длина крупных равнинных и плоскогорных водохранилищ достигает 400 — 565 км, горных 100 — 110 км, а ширина — до нескольких десятков километров. Самые глубокие водохранилища от 200 — 300 м находятся в долинах крупных горных рек (Ингурское, Чиркейское, ) до 70 — 105 м — в плоскогорных и предгорных районах (Братское, Усть-Илимское, Красноярское, Богучанское, Бухтарминское и др.).

В больших равнинных глубины не превышают 20 — 30 м. Особую категорию образуют озера-водохранилища, которых больше всего на северо-западе ( , Мурманская, Вологодская, Новгородская области), зарегулированные лиманы в , Терека и Кубани. У большинства озер уровни воды подняты незначительно, на 0,5 — 2 м, но есть озера, размеры которых резко изменились из-за подпора на 3 — 10 м (Выгозеро, Ковдозеро, Зайсан и др.).

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.