Водохранилища

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 км³.

В целом водохранилища  вмешают 6 тыс. км³ 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 и объем 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 в период 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 достигается уровень 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 дает полный объем (емкость) водохранилища.

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

Водный  баланс водохранилищ:

Приход: осадки x, поверхностный приток y₁, конденсация пара на зеркало z₁, подземный приток w₁.

Расход: поверхностный  отток у₂, подземный отток (фильтрация) w₂, испарение z₂.

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 возникают компенсационные 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 возникновению гравитационных (стоковых) течений. Неравномерное распределение температуры приводит к плотностным течениям. Изменения атмосферного давления вызывают бароградиентные 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 это припаи), внутриводный лед, донный лед, шуга (хаотически сросшиеся кристаллики по поверхности), полыньи (незамерзающие участки), в месте излияния воды – повторные наледи.

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 малопрозрачный водно-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.