Влияние водохранилищ на гидрологический режим и судоходные аспекты

Создание водохранилищ кардинально изменяет уровенный режим по сравнению с естественной рекой. У низко- и средненапорных плотин (высота ≤30-35 м) амплитуда колебаний подпорных уровней (глубина сработки) всегда меньше природной. Например, у Самарского водохранилища (Волга) сработка составляет 7.5 м (в навигацию – 4 м), тогда как естественная амплитуда у Самары достигала 12 м. У высоконапорных плотин сработка может существенно превышать природные колебания: Красноярское водохранилище (Енисей) имеет сработку 18 м против естественных 10 м. Годовой ход уровней становится плавным и устойчивым, в отличие от изменчивого речного режима (рис. 9.5).

Годовой цикл водохранилищ годичного регулирования включает три фазы:
1. Весеннее наполнение: подъем от уровня мертвого объема (УМО) до нормального подпорного уровня (НПУ).
2. Поддержание НПУ: сброс излишков притока через плотину.
3. Медленный спад: расходование воды на нужды хозяйства; интенсивность спада может возрастать зимой для выработки электроэнергии и подготовки к паводку. У водохранилищ многолетнего регулирования НПУ достигается только в многоводные годы; в маловодные фаза поддержания НПУ отсутствует – после подъема сразу начинается спад.

Измененный уровенный режим критически важен для проектирования:
- Типа и размеров причальных сооружений.
- Расположения навигационных знаков.
- Мест водозаборов и водоспусков.
- Размещения рыборазводных заводов.
- Трассировки дамб обвалования.
- Планировки зон отдыха.

Волновой режим усиливается из-за большой площади акватории. Высота ветровых волн (hв) зависит от скорости ветра (Vв), длительности его действия (tв), длины разгона волны (Dв) и глубины водоема (h) (рис. 9.6). При h ≥ 1/2 длины волны (lв) – волны "глубокой воды", их высота не зависит от дна. При h < 1/2lв – волны "мелкой воды", рельеф дна влияет на hв. Для расчета высоты волны 1% обеспеченности (ключевой для проектирования) широко применяется метод А.П. Браславского с использованием номограмм hв = f(Dв, h) для разных Vв (рис. 9.7).

(9.3)

Данные о волнении определяют:
- Типы судов (классы: "Р" речные, hв≤1.2м; "О" озерные, hв≤2м; "М" морские, hв≥3м).
- Конструкции причалов и берегоукрепительных сооружений.
- Места портов-убежищ (плотовые составы укрываются при hв=1м).
- Навигационные знаки.

Ветер вызывает сгонно-нагонные явления: понижение уровня (hсг) у наветренного берега и повышение (hн) у подветренного (рис. 9.8). На крупных водохранилищах амплитуда достигает 1 м и более, что учитывается при проектировании глубин акваторий, каналов и отметок территорий портов.

Ледовый режим претерпевает значительные изменения:
1. Увеличение толщины льда (до 0.6-0.8 м в центре ЕТР, до 0.7 м на Цимлянском) из-за малых скоростей течения.
2. Задержка вскрытия: лед тает на месте (ледоход отсутствует), что сокращает навигацию на 5-10 суток. Компенсируется использованием ледоколов.
3. Образование полыньи в нижнем бьефе: сброс теплой турбинной воды создает незамерзающий участок длиной 20-30 км (до 100-150 км к весне), позволяющий местное зимнее судоходство. Однако в конце полыньи массовое образование шуги (внутриводного льда) может вызывать зажоры (ледяные плотины) с подъемом уровня на несколько метров и затоплением территорий, нанося значительный экономический ущерб.