Что такое водохранилище


Водохранилище – искусственный водоём зна­чительной вместимости, образованный обычно в до­лине реки водоподпорными сооружениями для регулирования её стока и дальнейшего использования в народном хозяйстве. Небольшие водохранилища пло­щадью < 1км2 называют прудами.

Комплекс гидротехнических сооружений при водохранилище - плотина, ГЭС, шлюзы, водосбросы - образуют гидроузел.

 

Рис. 1. Схема водохранилища: 1 – верхний бьеф, 2 – нижний бьеф, 3 – плотина, 4 – гидроэлектростанция, 5 – шлюз

 

 

Назначение и виды использования водохранилищ:

- гидроэнергетика- регулирование стока и создание перепада уровня воды;

- орошение - регулирование стока и повышение уровня воды для ее отведения по самотечным каналам;

- водоснабжение (например, вдхр. Московской области) - регулирование стока;

- регулирование стока, защита от наводнений

- водный транспорт - судоходство - обеспечение необходимых глубин в пределах водохранилища путем создания подпора на реке, а ниже водохранилища путем попусков из него накоп­ленной воды;

- рыбное хозяйство — создание водоемов с благоприятными условиями для раз­вития рыб;

- рекреация - создание водоемов для купания, отдыха, водных видов спорта.

Рис. 2. Распределение крупнейших водохранилищ по странам мира (Авакян, Лебедева, 2003)

 

Крупнейшие водохранилища мира

 

Водохрани­лище Страна Река Объём, км3 Площадь водного зеркала, км2
Виктория Братское Кариба Насер Вольта Даниел-Джонсон (Маникуаган-5) Гури Тартар Красноярское Куйбышевское Бухтарминское Уганда, Танзания, Кения Россия Замбия, Зимбабве Египет, Судан Гана Канада   Венесуэла Ирак Россия Россия Россия Виктория-Нил Ангара Замбези Нил Вольта Маникуаган   Карони Тигр Енисей Волга Иртыш 204,8 169,3 160,3 157,0 148,0 141,8   85,4 73,3 58,0 49,6 76 000 5 470 4 450 5 120 8 480 1 940   4 250 2 710 2 000 6 448 5 500

Крупнейшие (по объему) водохранилища мира:

Водохра- нилища Страна Река Объем, км3 Площадь, тыс., км2 Напор, м Год заполнения
полный полезный
Виктория Уганда, Танзания, Кения Виктория-Нил 68,0
Братское Россия Ангара 48,2
Кариба Замбия, Зимбабве Замбези
Насер Египет, Судан Нил
Вольта Гана Вольта

 

Водохранилище Виктория котловинное. Оно включает в себя оз. Виктория, уро­вень которого повысился в результате создания плотины. Указанные объем и площадь водохранилища не учитывают естественные объем и площадь озера. Все остальные во­дохранилища, приведенные в таблице, долинные. Самое большое водохранилище в Ев­ропе - Куйбышевское на р.Волге (V = 58 км2, S = 5900 км2). Все перечисленные водо­хранилища предназначены для многолетнего регулирования стока.

Водохранилища России

 

Регионы Количество водохранилищ Объем, км3 Площадь водного зеркала, тыс.км2
Северный и Северо-Западный 106,6 25,8
Центральный и Центрально-Черноземный     35,1   6,8
Волго-Вятский 23,0 3,9
Поволжский 124,0 14,6
Северо-Кавказский 36,6 5,3
Уральский 30,7 4,5
Западно-Сибирский 26,1 2,2
Восточно-Сибирский 398,1 46,3
Дальневосточный 142,5 6,0
Всего 1 162 924,5 115,4

 

Рис. 3. Сравнительные размеры и контуры водохранилищ Волжско-Камского каскада и некоторых озер (Авакян, Лебедева , 2002).

 

У водохранилищ двойственная природа: они совмещают в себе черты рек и озер. С рекой их сближает поступательное движение воды, с озером – замедленный водообмен. В круп­ных водохранилищах выделяются три части: нижняя – приплотинная, самая глубокая, по режиму близка к озеру: тече­ние слабое, наблюдается расслоение водной толщи по темпе­ратуре; средняя, обладающая промежуточным режимом; верхняя – зона переменного подпора, наиболее мелковод­ная, по режиму больше напоминает реку.

Типы вдхр.:

1) по морфологии ложа: долинные,ложем которых служит часть речной долины (русло, пойма, участки надпойменных террас). В условиях ши­роких долин русловые водохранилища приобретают ясно выражен­ные черты искусственных озер; котловинные,занимающие части озер­ных котловин (вместе с озером), изолированные понижения рельефа, искусственные выемки,

2) по способу наполнения водой: запрудные,которые создаются путем перегораживания русла (части долины) реки и заполняются ее водами. При этом может происходить подпружение озер (водохр. Виктория - плотина у истока Нила рядом с озером Виктория и в результате подпружение озера Виктория); наливные,которые соз­даются путем обвалования участка земли или выкапывания углублений с наполнением водой из рядом расположенного водотока или водоема; опреснение морских заливов (например, в Нидерландах)

3) по высоте напора (разнице уровней воды непосредственно выше и ниже плоти­ны) Нпл - высоконапорные (Нпл > 100 м), средние - (Нпл от 10 до 100 м), низконапорные (Нпл < 10 м);

4) по степени регулирования речного стока - многолетнего, сезонного, недель­ного и суточного регулирования.

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

Любое вдхр. рассчитывается на накопление некоторого объема воды в период наполнения и на сброс этого же объема в период сработки. Накопление сопровождается повышением уровня до некоторой оптимальной величины – нормального подпорного уровня (НПУ). Нормальный подпорный уровень- наибольший уровень водохранили­ща, безопасный при длительном его стоянии для существования гидроузла.

В редких случаях (во время высокого половодья или больших паводков) происходит временное повышение НПУ на 0,5-1 м. Такой уровень называют форсированным подпорным уровнем (ФПУ).Форсированный подпорный уровень- уровень допустимого превыше­ния НПУ (обычно на 0,5-1 м) в течение короткого времени.

Предельно возможный уровень снижения уровня воды в вдхр. – наинизший уровень, предусмотренный про­ектом – уровень мертвого объема (УМО)..

Для регулирования стока и периодической сработки используется объем воды, расположенный между НПУ и УМО - полезный объем водохранилища(Vплз), а ни­же УМО - мертвый объем(Vмерт). Полный объем водохранилища Vвдхр = Vплз + Vмерт.

Верхней (по течению реки) границей водохранилища является место, где на есте­ственное течение реки начинает сказываться влияние подпора от плотины при НПУ. При сработке (снижении) уровня водохранилища до УМО граница влияния подпора смещается вниз по течению реки. Участок между этими границами называется зоной переменного подпора.

Всю акваторию водохранилища называют верхним бьефом плотины,а участок реки ниже плотины, где заметно сказывается его влияние на температурный режим и русловые процессы в реке, называют нижним бьефом плотины.

Водный режим водохранилищ. Влияние водохранилищ на речной сток и окружающую природную среду.

Сток воды из водохранилища, или сброс воды,в отличие от озера, управляемый. Он осуществляется через турбины ГЭС и через специальные водосбросные сооружения ("холостой сброс").

Особенность водного баланса водохранилищ - значительное преобладание над остальными составляющими притока в приходной части и стока - в расходной. Коэф­фициенты водообмена (Ке) и проточности (К„) обычно больше, чем для озер.

Быстрое наполнение и сработка водохра­нилищ создают резкие колебания уровней. Интенсивность этих ко­лебаний зависит от соотношения объема притока и расходования воды из водохранилища. На крупных водохранилищах колебания уровней вследствие изменения условий притока и расходования воды осуществляются в течение годового цикла, при этом уровни достигают наивысшей отметки весной при заполнении водохранилища и снижаются до наименьших отметок к концу зимы.

На водохранилищах малой (по отношению к притоку) емкости уровни колеблются значительно более резко, существенно изменя­ясь в течение суток и даже нескольких часов. Выделяют периоды наполненияводохранилищ (повышения уровня воды) и сработкиего (понижение уровня). Минимальный уровень воды в водохранилище достигается перед половодьем, максимальный – во время межени. Наполнение водохранилища сезонного регулирования происходит в многоводные фазы водного режима реки (в средней полосе обычно во время половодья), сработка - в периоды межени. Периоды наполнения в большинстве случаев намного короче, чем периоды сработки. Амплитуда колебаний уровня в водо­хранилищах, как правило, больше, чем в озерах, а по сравнению с рекой она может быть как больше (при большой разнице между НПУ и УМО для водохранилищ с высо­кими плотинами), так и меньше.

На водохранилищах с большим коэффициентом проточности хорошо выражены сточные течения в периоды интенсивного сброса воды из них. В водохранилищах бывают сгонно-нагонные колебания; стоковые, ветровые и плотностные течения.

Водохранилища обладают рядом особенностей, влияющих, в том числе и на речной сток:

1) они испытывают значитель­ные колебания уровня воды в течение года, которые связаны с искусственным регулированием стока – накоплением и сбросом вод (многолетнее, сезонное, недельное, суточное);

2) уменьшение расходов воды в много­водные фазы и увеличение их в маловодные;

2) происходит увеличение потерь на испарение с по­верхности водохранилищ по сравнению с испарением с суши – до 5-8 % годового стока, и вслед за этим уменьшение годового водного стока, особенно существенное в засушливых районах;

5) ослабление перемешивания воды в водохранилище по сравнению с рекой и возникно­вение стратификации в водной толще по температуре, содержанию газов и другим ха­рактеристикам;

3) неустойчивость летней термической и газовой стратификации

4) Термический режим вдхр. отличается от термического режима рек неоднородностью распределения температуры воды по длине, ширине и глубине. Термический режим крупных и глубоких вдхр., особенно приплотинных участков близок к аналогичному режиму озер.

5)проточность вод обеспечивает боль­шее выравнивание температуры в водохранилищах, чем обычно наблюдается в озерах, а это в свою очередь приводит к меньшему нагре­ву воды, чем в озерах в теплую часть года и ее повышение в позднеосенний и зимний периоды; мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные – позже, чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек;

7) возникновение полыньи в нижнем бьефе, способ­ствующее образованию шуги;

8) более сильное разбавление сточных вод в водохрани­лище по сравнению с рекой в меженый период, в тоже время уменьшение самоочи­щающей способности вследствие ослабления перемешивания вод и уменьшения их контакта с дном и берегами;

6)минерализация вод водохрани­лищ больше, чем у рек, особенно в жарком поясе, где велико испарение;

7)на водохранилищах происходит интенсивное преобразование берегов ветровыми волнами, которое на кру­тых берегах идет по абразионному типу, на пологих – по аккумулятивному. За первые десять лет отступание берегов может достигать сотен метров. Факторы способствующие этому процессу - крутой берег, сложенный легкоразмывае­мыми породами (например, лессами) и сильное волнение (зависящее от скорости ветра и длины разгона). По мере формирования аккумулятивной части отмели процесс абразии затухает;

8)благодаря сооружению плотин повышается базис эрозии отдельных участков речных систем и, следовательно, уменьшается эрозия;

9) интенсивная аккумуляция наносов вследствие уменьшения скорости течения при­водит к заилению водохранилищ. Время (количество лет) полного заиления водохранилища tзаил = Vвдхр/Vн(1-δ). Здесь Vвдхр - объем водохранили-ща в м3, Vн - годовой объем речных наносов (взвешенных и влекомых) в м3, δ - доля стока речных наносов, проходящая транзитом через водохранилище; Vн = Wн/ρomл, где Wн - масса наносов в кг, ρomл - плотность донных отложений (кг / м3). Величина δ уве­личивается по мере заполнения водохранилища. При полном его заилении δ =1. Малые водохранилища на реках с большей мутностью (например, в Дагестане) могут быть за­полнены наносами в течение нескольких лет. tзаил крупных водохранилищ, созданных на реках с небольшим количеством наносов, измеряется столетиями.

9) "цветение воды", т.е. интенсивное развитие планктона в водохранилищах с последующим его разложением после отмирания и возникновением дефицита кислорода;

Влияние водохранилищ на окружающую среду: Создание водохранилищ существенно изменяет ландшафт речных долин (фото), а регулирование ими стока преобразует естественный гидрологический режим реки в пределах подпора.

 

1) затопление земель, часто наиболее плодородных, 2) подтопление прилегающей территории, т.е. повышение уровня грунтовых вод, влекущее за собой заболачивание земель, гибель леса, появление воды в подвалах хозяйственных и жилых зданий;

 

Рис. 4. Верхушки деревьев леса, затопленного в 1958 г., все ещё показываются над водой водохранилища Тинару (Квинсленд, Австралия). Фото июня 2008 г.

 

3) по­теря сельскохозяйственных угодий и разрушение зданий в результате разрушения бере­гов водохранилищ; 4) Особое значение имеет уменьшение половодий, в результате чего ухудшаются условия нереста рыб и произрастания трав на пойменных лугах. 5) увеличение туманов в осеннее время, а в нижних бьефах и зимой при наличии значительной по площади полыньи. 6) Водохранилища немного увеличивают количество осадков в прилегающих районах, вызывают появление небольших бризов.

7) неблагоприятный газовый режим в водохранилище в первые годы его существования при плохой подготовке затопляемой территории;

8) затруд­нение или полная невозможность естественной миграции рыб по речной системе из-за сооружения плотин.

Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят также и в нижнем бьефе гидроузлов, иногда на протяжении десятков и даже сотен километров.

 

 

Дата добавления: 2019-12-09; просмотров: 776;

Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.015 сек.