Водохранилища и их режим

Водохранилища устраивают для перераспределения речного стока во времени. В зависимости от продолжительности цикла перераспределения они делятся на водохранилища годичного и многолетнего регулирования.

Водохранилища годичного регулирования перераспределяют сток только внутри года. Они запасают воду во время половодья и расходуют ее в последующие летнюю и зимнюю межень. К началу следующего половодья полезный объем водохранилища опоражнивается. Водохранилища многолетнего регулирования перераспределяют сток не только внутри года, по и за многолетний период. Они наполняются в многоводные годы и опоражниваются лишь в конце группы маловодных лет. Водохранилища многолетнего регулирования должны иметь большие объемы, чем водохранилища годичного регулирования. В СССР к водохранилищам многолетнего регулирования относятся: Иркутское на р. Ангаре, Бухтарминское на р. Иртыше и Цимлянское на р. Дону.

Водохранилище может быть создано в чаше озера за счет повышения уровня воды в нем и может быть образовано путем затопления долины реки. В первом случае говорят об озерном водохранилище, во втором – о долинном. Большинство водохранилищ, созданных в СССР, принадлежат к долинному типу. Существуют также смешанные водохранилища. Таким, например, является водораздельное водохранилище Волго-Балтийского водного пути имени В. И. Ленина. Оно образовано путем повышения отметок свободной поверхности Белого озера и затопления долины верхней Шексны. Иркутское и Бухтарминское водохранилища тоже принадлежат к смешанным. Первое включает в себя озеро Байкал, второе – озеро Зайсан.

Рис. 49. Кривые площадей зеркала и объемов водохранилища

Основной характеристикой чаши водохранилища служат кривые зависимости площади зеркала W и объема V водохранилища от высоты уровня Z (рис. 49). Эти кривые строятся на основании сплошной съемки района предполагаемого затопления, выполняемой перед началом проектных работ. На кривые принято наносить установленные проектом расчетные уровни водохранилища: нормальный подпорный НПУ, до которого водохранилище может наполняться при нормальной эксплуатации, уровень навигационной сработки УНС и уровень мертвого объема УМО, ниже которого водохранилище не срабатывается. Расчетами устанавливается, кроме того, форсированный подпорный уровень ФПУ, до которого допускается наполнение водохранилища при чрезвычайных условиях эксплуатации (пропуске катастрофического половодья). Объем призмы, заключенной между плоскостями НПУ и УМО, представляет собой полезный объем водохранилища. Ниже располагается мертвый объем. У водохранилищ, подпертых высоконапорными плотинами, полезный объем V_п может быть значительно меньше мертвого объема V_м. Так, у Братского водохранилища отношение равно 0,4.

Среди долинных водохранилищ СССР наибольшую площадь зеркала 6450 км² (при НПУ) имеет Куйбышевское водохранилище, а наибольший полный объем 179 км³ – Братское водохранилище.

Рис. 50. Графики колебания уровней в водохранилищах годичного (а) и многолетнего (б) регулирования

Водохранилища управляются человеком и поэтому ход колебаний уровня в них имеет в какой-то мере стандартный характер. На рис. 50 показаны типовые графики колебания уровней в водохранилищах годичного и многолетнего регулирования. В обоих случаях предположено, что в течение первых четырех лет из представленного на графиках пятилетнего цикла шло снижение притока в водохранилища, а последний пятый год был очень многоводным. Отрезки времени, в течение которых уровень воды в водохранилище равен НПУ, это периоды сбросов воды через плотину. Суммарный расход воды через плотину и гидростанцию равен в эти периоды расходу притока.

Так как площади зеркала водохранилищ одного порядка с площадями зеркала озер, то все, что было сказано в предшествующем параграфе относительно влияния ветра на состояние свободной поверхности озер, действительно и для водохранилищ. Высота ветровых волн с обеспеченностью 1% (т.е. при сильных штормах) составляет на водохранилищах Волжского каскада 2,2-3,2 м. На Цимлянском водохранилище она равна 3 м. На этом же водохранилище зарегистрированы сгонно-нагонные денивеляции уровня высотой до 1м. При проектировании гидроузла, подпирающего водохранилище, производится расчет высоты ветровых волн и сгонно-нагонных денивеляции в будущем водоеме. Эти величины учитываются при назначении отметки гребня плотины и отметок верха причальных сооружений на водохранилище.

Водохранилища – молодые водоемы и поэтому эволюция их чаш идет с гораздо большей интенсивностью, чем эволюция чаш озер. Основные черты переформирования чаш водохранилищ – это заиление чаш и переработка берегов.

В водохранилище задерживаются все влекомые наносы, несомые его притоками, и оседают почти все взвешенные наносы. Объем годового притока наносов в водохранилище, устроенное на горной реке, может быть соизмерим с объемом водохранилища и тогда процесс заиления грозит самому существованию искусственного водоема (случаи полного занесения горного водо­хранилища встречались в мировой практике гидротехнического строительства). На равнинных реках дело обстоит гораздо благополучнее. Объем годового стока наносов у них всегда мал по сравнению с объемами создаваемых водохранилищ. По расчетам, для занесения мертвого объема Рыбинского водохранилища на Волге (V_м = 8,9 км³) потребуется 600 лет. Тем не менее осаждение наносов в мелководной верховой части водохранилищ на судоходных реках заставляет вести там работы по очистке от наносов судовых ходов. Таким образом, проблема заиления и при малом притоке наносов не может быть оставлена без внимания.

Подтопленные водохранилищем берега надпойменных террас нередко крутые, подвергаются сильным разрушениям под действием волн.
В первые годы существования водохранилища этот процесс идет очень интенсивно. Сложенные лессами и песками берега Цимлянского, Каховского, Кременчугского и Рыбинского водохранилищ за первые 10 лет эксплуатации на ряде участков отступили на 100-150 м. На рис. 51 показано последовательное отступление берега на одном из участков Ры

Рис. 51. Отступание берега на одоном из участков Рыбинского водохранилища (по наблюдениям МГУ)

бинского водохранилища.

Продукты разрушения берегового откоса, попадая в воду, с течением времени формируют у его подошвы пологий пляж. В результате этого волноприбойная зона отодвигается от берега и процесс его переработки начинает ослабевать. Для полного затухания этого процесса требуются, однако, многие годы.