История строительства водохранилищ

Водохранилища – это искусственные водоемы, созданные для накопления и последующего использования воды и регулирования стока. Первые водохранилища появились на Земле более 4 тыс. лет назад. Их строили для целей орошения земель и борьбы с наводнениями в Древнем Египте, Месопотамии и Китае. Несколько позже началось сооружение водохранилищ в Индии, Сирии, Иране и Египте. Так, например, плотина Карнальбо, была построенная на р. Альбаррегас в Испании во II в. до н.э., а образовавшееся в результате водохранилище объемом в 10 млн. м 3 , существует до сих пор. А сасым древним на Земле является водохранилище с плотиной Садд-эль-Кафара, созданное в древнем Египте в 2950-2750 гг. до н.э. Имеются данные о строительстве водохранилищ ацтеками, майя и инками в доколумбовой Америке. К сожалению, большинство их было разрушено испанскими конкистадорами в XV-XVI вв.

В III-IX и особенно в XII-XIII вв. в Европе широкий размах приобрело строительство мельничных плотин с небольшими прудами-водохранилищами. В XVIII-XIX вв., в эпоху промышленной революции, небольшие водохранилища создавались при горнорудных предприятиях, металлообрабатывающих и лесопильных заводах, прядильно-ткацких фабрик, а также для водоснабжения.

Несмотря на тысячелетнюю историю строительства, водохранилища с полным основанием можно назвать порождением нашего века. Полный объем всех водохранилищ планеты, существовавших к концу XIX в., составлял всего 15 км 3 . Теперь же только одно Братское водохранилище на р. Ангаре имеет объем 169 км 3 , что в 11 с лишним раз превышает объем всех водохранилищ планеты, существовавших на рубеже двух веков.

По данным А. Б. Авакяна массовый и повсеместный характер создание водохранилищ приобрело за последние 50 лет, когда их число возросло на земном шаре в четыре раза, а суммарный объем увеличился в десять раз, в том числе в странах и – в 35 раз, – в 60 раз и Азии – в 90 раз. За это период были построены все самые крупные водохранилища нашей планеты.

Размещение и размеры водохранилищ.

Сейчас в мире эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ и ежегодно появляется несколько сот новых.. Их полный объем превышает 6,6 тыс. км 3 , а площадь водного зеркала – более 400 тыс. км 2 , а с учетом подпруженных озёр – 600 тыс. км 2 . Для сравнения это площадь пятнадцати Азовских морей.

Ежегодно в строй вступают от 300 до 500 новых водохранилищ. Многие крупные реки планеты – Волга, Ангара, Миссури, Kолорадо, Парана, Теннеси и др. – превращены в каскады водохранилищ. А по прогнозам ученых через 30-50 лет водохранилищами будет зарегулировано 2/3 речных систем Земли.

В водохранилища превращены некоторые озера (Байкал, Онежское, Виктория, Виннипег, Онтарио и др.) путем повышения уровня с помощью плотин, построенных вблизи истоков вытекающих из них рек.

Водохранилища имеются на всех континентах (кроме Антарктиды), во всех странах, во всех географических зонах (кроме арктической), во всех высотных поясах, вплоть до подножия горных ледников. Однако из-за многообразия природных и социально-экономических условий размещены они по территории земного шара и в пределах большинства государств очень неравномерно.

На территории Европы более 3 тыс. преимущественно небольших водохранилищ. Только в европейской части России, Финляндии, Норвегии, Испании, Греции есть водохранилища объемом более нескольких кубических километров. На территории Северной Америки (Канада, США, Мексика) имеется свыше 3 000 водохранилищ, а на территории Южной Америки их не более 500. На территории Азии, Африки и Австралии существует около 3 700 водохранилищ, самые крупные из них находятся в России, АРЕ, Гане, КНР, Родезии, Ираке и др.

Водохранилища существенно преобразовали ландшафт многих речных бассейнов. Их создание изменило не только облик самих рек, но и природу прилегающих территорий в общей сложности на площади 1,5 млн. км 2 , что равно суммарной площади таких европейских государств, как Франция, Испания, Великобритания и ФРГ.

Хотя водохранилища созданы и эксплуатируются человеком, развиваются они по законам природы, воздействуют на нее, неразрывно с нею связаны и являются ныне ее неотъемлемой частью.

Главная цель создания водохранилищ – регулирование речного стока. Они строятся в основном в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения, лесосплава, рыбного хозяйства, в рекреационных целях и в целях борьбы с наводнениями. Для этого в водохранилищах аккумулируется сток в одни периоды года и отдается накопленная вода – в другие.

Среди показателей, характеризующих размеры водохранилищ наиболее важны объем и площадь водного зеркала, поскольку именно этими параметрами определяется в значительной степени воздействие на окружающую среду. Площадь, объем и глубина водохранилищ колеблются в широких пределах. Площадь изменяется от 1-2 км 2 до 5 740 км 2 (Братское) и 8 480 км 2 (Вольта), объем – от 1 млн. м 3 до 169,3 млрд. м 3 (Братское) и 204,8 млрд. м 3 (Виктория), глубина – от нескольких до 300 м и более: Вайонт (262 м) в Италии, Гранд-Диксанс (284 м), Швейцарии, Нурекское (300 м) и Рогунское (306 м) в Таджикистане.

По величине площади водохранилища классифицируются на крупнейшие (с площадью водного зеркала более 5000 км 2), очень крупные (5000-500 км 2), крупные (5000-100 км 2), средние (100-20 км 2), небольшие (20-2 км 2) и малые с площадью зеркала воды менее 2 км 2 . Совсем малые водохранилища, создаваемые на мелких звеньях гидрографической сети, называют прудами, а в земляных выемках – копанями.

Крупнейших водохранилищ (без учета озер-водохранилищ) это водохранилища-гиганты: Вольта, Братское Кариба, и Насер. Очень крупные водохранилища составляют около 1 % всех водохранилищ, крупные – 5 %, средние – 15 %, небольшие – 35 % и малые – 44 %. Как видим, основная масса искусственных водоемов представлена небольшими и малыми водохранилищами.

К наиболее глубоким водохранилищам, помимо упомянутых выше, относятся Барука (260 м) – в Коста-Рике, Мика (235 м) – в Канаде, Саянское (220 м) – в России. Наибольший объем воды имеют такие гиганты, как Братское водохранилище (169 км 3), Кариба (160 км 3), Насер (157 км 3), Вольта (148 км 3), Гури (135 км 3), Красноярское и Вади-Тартар (по 73 км3). К наиболее протяженным относятся следующие водохранилища: Куйбышевское (650 км), Братское (565 км), Волгоградское (540 км) и Насер (500 км).

Крупнейшие водохранилища мира.

Водохранилище (река, озеро)	Страна	Объем полный, км 3	Объем полезный, км 3	Площадь полная, км 2	В т.ч. площадь подпруженного озера, км 2	Напор, м	Год заполнения
Виктория [Оуэн-Фолс] (Виктория Нил, оз. Виктория)	Уганда, Танзания, Кения	205	205	76000	68000	31	1954
Братское (Ангара)	Россия	169	48,2	5470	–	106	1967
Кариба (Замбези)	Замбия, Зимбабве	160	46,0	4450	–	100	1963
Насер [Садд-эль-Аали] (Нил)	Египет, Судан	157	74,0	5120	–td>	95	1970
Вольта (Вольта)	Гана	148	90,0	8480	–	70	1967
Красноярское (Енисей)	Россия	73,3	30,4	2000	–	100	1967
Зейское (Зея)	Россия	68,4	32,1	2420	–	98	1974
Усть-Илимское (Ангара)	Россия	59,4	2,8	1870	–	88	1977
Куйбышевское (Волга)	Россия	58,0	34,6	5900	–	29	1957
Байкальское [Иркутское] (Ангара, оз. Байкал)	Россия	47,6	46,6	32970	31500	30	1959
Вилюйское (Вилюй)	Россия	35,9	17,8	2170	–	68	1972
Волгоградское (Волга)	Россия	31,4	8,2	3115	–	27	1960
Онтарио [Ирокуэй] (р. Св. Лаврентия, оз. Онтарио)	Канада, США	29,9	29,9	19560	19500	23	1958
Саяно-Шушенское (Енисей)	Россия	29,1	14,7	633	–	220	1987
Рыбинское (Волга)	Россия	25,4	16,7	4550	–	18	1949
Колымское (Колыма)	Россия	14,6	6,5	440	–	117	1983
Онежское [Верхнесвирское] (Свирь, оз. Онежское)	Россия	13,8	13,1	9930	9700	17	1952
Саратовское (Волга)	Россия	12,4	1,8	1830	–	15	1968
Каиское (Кама)	Россия	12,2	9,2	1915	–	21	1956

Данные по А. Б. Авакяну, В. Р. Салтанкину, В. А. Шарапову, В. Н. Михайлову, А. Д. Добровольскому, С. А. Добролюбову.

Площади водохранилищ и другие морфометрические элементы сильно меняются при наполнении и сработке уровня воды. Так, площади Куйбышевского, Рыбинского и Цимлянского водохранилищ сокращаются в 1,5-2 раза при максимальном снижении уровней по сравнению с наивысшим проектным уровнем, что, естественно, отражается на изменении их гидрологического режима, преобразовании берегов и дна котловины.

Амплитуда колебаний уровня воды в разных водохранилищах изменяется также в широких пределах – от нескольких десятков сантиметров для равнинных водохранилищ до многих десятков и более 100 м для горных водохранилищ.

Чрезвычайно многообразна форма акваторий водохранилищ. Преобладают водохранилища вытянутой формы с более или менее извилистой береговой линией, но немало также водоемов простой (округлой, овальной) и очень сложной (корневидной, вилообразной, многолопастной и др.) формы.

В странах СНГ в настоящее время насчитывается свыше 4 тыс. водохранилищ объемом более 1 млн м 3 . Их суммарный полный объем превышает 1 200 км 3 , площадь зеркала составляет 87 тыс. км 2 (т;е, больше территории Австрии), а с учетом подпруженных озер – 145 тыс. км 2 . На водохранилища России приходится около 15 % их общего количества в мире и 20 % объема площади. Длина береговой линии водохранилищ превышает длину береговой линии морей, омывающих нашу страну. На берегах водохранилищ проживает 20 млн. человек.

Первые, существующие и поныне, небольшие водохранилища были сооружены в конце XVII – начале XVIII в Карелии, Центральном районе и на Урале. Со второй половины XIX в. водохранилища стали строить на Украине, в Прибалтике, Туркмении и др. Первое водохранилище на Волге, Верхневолжский бейшлот, было создано более 150 лет назад, в 1843 г. Тогда в верховье Волги соорудили плотину, единственным назначением которой было задерживать весенние воды и затем летом спускать их, чтобы увеличить судоходные глубины на Верхней Волге до Рыбинска.

Наиболее интенсивно создание и наполнение водохранилищ происходило в послевоенные годы: в 1955-1960 гг., в 1965-1970 гг. и в 1975-1980 гг. В первый период суммарный объем водохранилищ увеличился на 218 км 3 , во второй – на 338 км 3 и в третий – на 178 км 3 (Авакян).

Большинство крупных и средних водохранилищ имеют комплексное назначение, т.е. удовлетворяют потребности одновременно нескольких отраслей народного хозяйства (энергетики, орошения, водного транспорта, водоснабжения). Малые водохранилища зачастую создаются для решения одной конкретной задачи – либо для энергетических целей, либо для целей орошения и т.д.

По территории России водохранилища размещены неравномерно. Велик удельный вес суммарного объема (45 %) и площади водного зеркала (более 35 %) водохранилищ Восточной Сибири и Дальнего Востока). Большие объемы воды заключены в горных водохранилищах Средней Азии (при относительно малой их площади), в предгорных Казахстана (на реках Иртыше и Или), в водохранилищах Волжско-Камского каскада.

В центральных и северных районах европейской части России водохранилища создаются, как правило, для энергетики и водного транспорта; на Северном Кавказе – для решения задач энергетики и орошения; в южных засушливых районов – в первую очередь для орошения; в Сибири – для энергетики и водного транспорта, а на Дальнем Востоке – еще и борьба с наводнениями.

В целом водохранилища создаются для решения определенных народохозяйственных целей, а развиваются по природным законам.

Водохранилища - водоемы, созданные руками человека при помощи плотин в долине рек, которые служат для сбора и удержания водных масс. В нашей стране построено более 1200 подобных сооружений. Эти данные учитывают только крупные водохранилища России.

Характеристики водохранилищ

Сооружения существуют двух разновидностей. К первой относят озерные водохранилища, отличающиеся способом накопления воды. Течение в них создается исключительно ветром. Водохранилища на реках принадлежат второй группе. Они обладают удлиненной формой и постоянным течением. Главные параметры водохранилищ: объем, площадь поверхности и колебание уровня в течение года.

Организация нового водоема влечет за собой изменение облика долины реки и ее гидрорежима в зоне подпора. Наибольшее влияние созданная плотина оказывает на прилегающую часть водохранилища. Однако увидеть перемены возможно и на расстоянии многих километров.

Все водохранилища России прошли процедуру подготовки к затоплению. Леса, попадающие в обозначенную зону подтопления, убирают, освобождая берега. Жителей деревень в границах будущего водоема переселяют, а сами здания демонтируют. Много работ проводится гидробиологами и ихтиологами, которые готовятся к восстановлению популяций рыб.

Самые крупные водохранилища страны: Братское, Красноярское и Куйбышевское.

Роль водохранилищ

Организация водохранилища влечет за собой ряд негативных последствий. Снижение паводка приводит к исчезновению нерестилищ у рыб. Заливные луга не получают полезных веществ, отчего страдает растительность. Река замедляется, что ведет к усиленному образованию илистых отложений.

Крупнейшие водохранилища России являются таковыми и в мировом масштабе. Пик строительства пришелся на период с 1950 по 2000 гг. Возводились они для следующих целей.

• Получение электроэнергии. Самый дешевый способ выработки.
• Орошение полей и создание мест отдыха в местности с дефицитом воды.
• Разведение рыб.
• Водозабор для нужд города.
• Судоходство. С их помощью равнинные реки становятся пригодными для движения судов.
• В отдельных областях упростился лесосплав.
• Борьба с наводнениями в Дальневосточном регионе.

Территория Российской Федерации усыпана грандиозными сооружениями неравномерно. В европейской части их на порядок больше, чем в азиатской. В бассейне одной только Волги их насчитывается 13.

Горьковское

Горьковское водохранилище облюбовали любители рыбной ловли. Его нижний бьеф расположен в Нижегородской области. В районе плотины его ширина достигает 12 км, а глубина - 22 м. Гидрорежим и состав водоема идеальны для популяций рыб. В местах залитых торфяных залежей в зимнее время случаются заморные явления. В районе ГЭС течения практически нет. Значимыми для водной фауны являются волны и ветровые течения.

В зимнее время понижается на 2 м. Мелководья осушаются, вызывая замор, промерзание грунта. От этого страдают береговые растения. В весенний период происходит наполнение водохранилища за счет талых вод. Уровень в это время колеблется в пределах 40 см, однако этого достаточно для нарушения нереста рыб, которым необходима водная растительность.

В ноябре начинается ледостав. В зимнее время образуется корка толщиной до метра. По гидрорежиму Горьковское водохранилище похоже на озеро со слабым течением. В середине 50-х годов ушли под воду огромные площади плодородных земель, находившихся в пойме. Произошла вспышка роста численности многих водных животных, которые получили новые нерестилища и кормовые места. Через несколько лет популяции рыб и других организмов стали сокращаться.

Аргазинское

Аргазинское водохранилище - самый крупный водоем Челябинской области. Его протяженность - 22 км, а ширина превышает 11 км. Самая глубокая точка находится на уровне 18 м. Прозрачность воды зависит от погодных условий и составляет 3-8 м. Озерное водохранилище имеет свыше 45 остовов, среди которых есть памятник природы с широколиственными рощами.

Аргази расположено в отрогах Ильменских гор. Водохранилище создано в 1942 г. путем установки плотины на р. Миасс. Она удерживает 980 млн м 3 воды при высоте всего 1,5 м. В водоем выпускается молоди рыб, прежде всего сиговых и налима. Периодически ловятся трофейные особи рыб весом свыше 10 кг.

Источник воды для Челябинска. На его берегах устраивают фестивали и проводят досуг жители города.

Волховское

Волховское водохранилище создано в 1926 г. в Ленинградской области. Его ширина равна 400 м, а площадь поверхности - 2 км 2 . Построено для Водосбор осуществляется с площади свыше 80 тыс. км 2 . Водохранилище имеет шлюз для прохода судов с одной камерой. Проект был создан Ленгидропроектом. Берега водоема богаты растительностью и используются горожанами для отдыха.

Богучанское

Богучанское водохранилище начало наполняться осенью 1987 г. после закрытия временных каналов в плотине, по которым шла река. Проектный уровень в 208 м был достигнут в 2015 г. Находится водоем в Иркутской области на р. Ангаре. Основная цель строительства - выработка электрической энергии. На объекте регулируют сток в зависимости от сезона, стараясь удержать перепады уровня в пределах 1 м.

Устья многих притоков превратились в огромные заливы. Некоторые из них имеют длину свыше 10 км. Ледостав длится 7 месяцев, который не касается нижнего бьефа гидроэлектростанции. В этом районе на десятки километров сохранится полынья. При организации водохранилища под затопление попало множество торфяников. Этот факт сказался на химическом составе воды. Строительство водохранилища повлияло на видовой состав рыб и уловы. Реофильные рыбы мигрировали, их уловы сократились в 10 раз.

Братское

Братское водохранилище находится в Иркутской области на р. Ангаре. Его длина равна 570 км, а ширина - 25 км. Этот водоем возглавляет крупнейшие водохранилища России. Его очертания имеют причудливую форму. Большинство притоков стали глубже, что позволило судам в них заходить. В окрестностях водоема усилились карстовые процессы, стали появляться воронки и оползни.

Не все водохранилища России оказывают столь сильное влияние на берега. Разрушаются берега вследствие сильных перепадов уровня. Он достигает 6-10 м. Водоем имеет большое рыбопромысловое, судоходное и лесосплавное значение. На его берегах всегда много туристов и рыбаков.

Красноярское

За его размеры прозвали пресным морем. Площадь поверхности его равна 2 тыс. км 2 . Средняя глубина достигает отметки 40 м. Наполнение водой продолжалось три года после строительства плотины. Входит в число крупнейших водохранилищ в мире. С помощью него осуществляется контроль уровня воды в Енисее. По этой реке ходят суда и осуществляется лесосплав.

Не все водохранилища России так богаты щукой, как Красноярское. Количество мелкой рыбы здесь невелико, потому что для нее не хватает кормовой базы. Она пострадала в результате образования водохранилища.

Строительство плотин влечет множество последствий для природы и человека. Человек извлекает из этого выгоду в лице дешевой электроэнергии, транспортных артерий и больших запасов воды. Происходит постепенная смена видового состава рыб. Ихтиофауна становится менее ценной, но более многочисленной. Крупные водохранилища способны изменить окружающий микроклимат, делая его мягче.

февраля 18, 2014

Рыбинское водохранилище

Человечество неоднократно перекраивало природу в соответствии со своими нуждами. Одно из наиболее успешных направлений в преобразовании природных условий – создание искусственных водохранилищ.

В результате планомерной деятельности на планете возникло множество водоемов с пресной водой, которые используются для подачи воды, судоходства, разведения рыбы, получения энергии. Размеры искусственных озер колеблются от небольших до по-настоящему гигантских. Какое из них может носить титул «самое большое водохранилище»?

На 8-месте рейтинга с полным правом находится Рыбинское водохранилище, расположенное на территории России. Площадь водного зеркала искусственно созданного водоема составляет примерно 4580 кв км. Нередко, его именуют Рыбинским морем. Образовалось море благодаря сооружению гидроузла, который перекрыл русло Волги и ее притока Шексне. Основное значение водохранилища – судоходство и рыбный промысел.

Озеру Насер, Братское море

7-е место принадлежит озеру Насер, расположенному на территории сразу 2-х стран – Судана и Египта. Его площадь довольно велика – 5248 кв км. Свое название искусственный водоем получил в честь президента Египетской республики. Озеро создано при строительстве Ассуанской плотины. Основное его назначение – ирригация засушливых земель, судоходство и получение гидроэнергии. К сожалению, несмотря на старания правительства, при затоплении района погибли многие исторические памятники.

Братское море – одно из крупнейших искусственных водохранилищ России, возникло в результате строительства Братской ГЭС на Ангаре, вытекающей из озера Байкал. Площадь водного зеркала составляет приблизительно 5426 кв км. В настоящее время Братское море используется для судоходства, сплава леса, рыболовства и подачи воды. В рейтинге самых больших водохранилищ Братское море занимает 6-е место.

Бухтарминское водохранилище, озеро Кариба, Куйбышевское водохранилище

Бухтарминское водохранилище, с площадью 5490 кв км находится в Казахстане и образовано при строительстве Бухтарминской ГЭС, на Иртыше. Этот водоем занимает 5-ю строчку рейтинга. Цель создания водохранилища – улучшение судоходства и орошение земель. Кроме того, искусственный водоем необычайно богат такими породами рыбы, как: пелядь, форель, судак и щука, хариус, таймень, сазан и прочие.

На 4-м месте расположилось озеро Кариба, которое считается наиболее крупным водохранилищем Африканского континента. Возникло озеро в результате строительства плотины на реке Замбези. Благодаря озеру энергия поставляется в Замбию и соседнюю Зимбабве, ведется промышленный отлов рыбы. На озере созданы превосходные условия для отдыха. Береговая линия – идеальнее место для туристов, желающих отдохнуть в приличном отеле, посетить казино и заняться водными видами спорта. Зеркальная площадь озера - 5580 кв км.

Тройку призеров открывает большое водохранилище, которое чаще называют Жигулевским морем. Куйбышевское водохранилище образовано при строительстве Жигулевской плотины, расположенной неподалеку от города Ставрополь и перегораживающей Волгу. Площадь искусственного моря равна 6450 кв км. Основное значение водоема – улучшение судоходства, выработка электроэнергии, подача воды, а также ирригация и рыболовство.

Озеро Смолвуд, озеро Вольта

На 2-м месте озеро Смолвуд, созданное в западной части Лабрадора, Канада. Площадь водоема превышает 6 527 кв км. Образовано озеро при строительстве 88-и плотин, общая длина которых составляет 64-е км.

Первым по величине является озеро Вольта, искусственный пресноводный водоем на территории республики Гана. Площадь водохранилище действительно огромная – 8500 кв км. В 60-х годах прошлого века в месте, где сливаются реки Белая и Черная Вольта, была построена плотина. По завершении строительства и образовалось озеро, занимающее примерно 3 % площади государства. Водохранилище позволяет развивать судоходство, заниматься рыбной ловлей. В прибрежной зоне озера сегодня проживает около 5 000 000 человек.

К сожалению, далеко не всегда строительство искусственных водохранилищ позволяет сохранить природные особенности региона. Во многих случаях в этих местах исчезают некоторые виды флоры и фауны, усиливаются оползни.

— искусственные водоемы, созданные, как правило, в долинах рек для накопления и хранения воды с целью использования в народном хозяйстве.

Водохранилища имеют черты сходства с и : с первым — по внешнему виду и замедленному водообмену, со второй — по поступательному характеру движения вод. При этом у них есть и свои отличительные особенности:

• водохранилища испытывают значительно большие, чем реки и озера, колебания уровня воды в течение года, которые связаны с искусственным регулированием стока — накоплением и сбросом вод;
• поточность вод приводит к меньшему нагреву воды, чем в озерах;
• мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные — позже, чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек;
• минерализация вод водохранилищ больше, чем реки, и др.

Первые водохранилища, служившие для орошения полей, люди стали сооружать еще до нашей эры в долинах Нила, Тигра и Евфрата, Инда, Янцзы и др. В Средние века водохранилища были уже не только в Азии и Африке, но и в Европе и Америке. В Новое время водохранилища стали использовать не только для орошения, но и для промышленного водоснабжения и для развития речного транспорта. В новейшее время еше одной функцией водохранилищ стало получение электроэнергии.

Огромное количество водохранилищ было построено после . С того времени и до сегодняшнего дня их количество во всем мире возросло в пять раз. Именно в этот период были созданы самые крупные водохранилища мира. Пик создания водохранилищ в большинстве регионов мира пришелся на 1960-е гг., а затем начался постепенный спад.

В настоящее время на земном шаре эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ.

Основными параметрами водохранилищ являются площадь зеркала, объем воды, глубина и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Площадь водного зеркала всех водохранилищ мира составляет 400 тыс. км 2 . Самым большим по площади зеркала считается водохранилище Виктория (Оуэн-Фоле) в Восточной Африке (Уганда). В его состав включается и озеро Виктория (68 000 км 2), уровень которого поднялся на 3 м в результате сооружения в 1954 г. плотины Оуэн-Фоле на реке Виктория-Нил. Второе место занимает водохранилище Вольта, расположенное в Республике Гана (Западная Африка). Его площадь зеркала составляет 8482 км 2 .

Длина некоторых наиболее крупных водохранилищ достигает 500 км, ширина — 60 км, максимальная глубина — 300 м. Самое глубокое водохранилище мира — Боулдер-Дам на р. Колорадо (средняя глубина 61 м).

Полный объем водохранилищ мира составляет 6600 км 3 , а полезный, т. е. пригодный для использования, — 3000 км 95 % воды водохранилищ приходится на водохранилища объемом более 0,1 км 3 . Самым большим водохранилищем по объему воды является также водохранилище Виктория (204,8 км 3). Братское водохранилище, расположенное на реке Ангара, следует за ним (169,3 км 3).

По объему воды и по площади водного зеркала водохранилища подразделяются на крупнейшие, очень крупные, крупные, средние, небольшие и малые.

Крупнейшие водохранилища имеют полный объем воды более 500 км 3 . Всего их 15. Они есть во всех регионах мира, кроме Австралии.

По своему генезису водохранилища подразделяются на долинно-речные, озерные, располагающиеся у выходов подземных вод, в эстуариях рек.

Для водохранилищ озерного типа (например. Рыбинское) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Долинно-речные водохранилища (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, как правило, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Назначение водохранилищ

По конкретному назначению воды водохранилища могут использоваться для орошения, водоснабжения, получения гидроэнергии, судоходства, рекреации и т. д. Причем они могут быть созданы для единой цели или для комплекса целей.

Более 40 % водохранилищ сосредоточены в умеренном поясе Северного полушария, где находится большинство экономически развитых стран. Значительное число водохранилищ расположено и в субтропическом поясе, где их создание связано прежде всего с необходимостью орошения земель. В пределах тропического, субэкваториального и экваториального поясов количество водохранилищ относительно невелико, но поскольку среди них преобладают крупные и крупнейшие, их доля в полном объеме всех водохранилищ составляет более 1/3.

Хозяйственное значение водохранилищ велико. Они регулируют сток, уменьшая наводнения и поддерживая необходимый уровень рек в течение остального времени года. Благодаря каскаду водохранилищ на реках создаются единые глубоководные транспортные магистрали. Водохранилища — зоны отдыха, рыболовства, рыбоводства, разведения водоплавающей птицы.

Но наряду с положительным значением водохранилища вызывают нежелательные, но неизбежные последствия: затопление земель выше плотины, прежде всего богатых пойменных лугов; подтопление и даже заболачивание земель выше плотины в зоне влияния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; осушение земель ниже плотины; ухудшение качества воды в водохранилищах из-за снижения самоочищающей способности и избыточного развития сине-зеленых водорослей; плотины водохранилищ препятствуют нересту рыбы, причиняя ущерб рыболовству, и т. д.

При этом строительство водохранилищ наносит природе непоправимый вред: затопление и подтопление плодородных земель, заболачивание прилегающих территорий, переработка берегов, обезвоживание пойменных угодий, изменение микроклимата, в реках прерываются генетические миграционные пути рыб и др. Кроме этого, их сооружение в равнинной местности связано вырубкой лесов и необходимостью переселения многих тысяч людей. Конечно же, речь здесь в большей степени идет о крупных водохранилищах.

Водохрани́лище – искусственный водоём , созданный для накопления и последующего использования воды и регулирования стока .

Водохранилища стали сооружать ещё в глубокой древности для обеспечения водой населения и сельского хозяйства. Одним из первых на Земле считают водохранилище с плотиной Садд эль Кафара, созданное в Древнем Египте в 2950–2750 гг. до н. э. В XX в. водохранилища стали сооружать повсеместно. В настоящее время их на земном шаре более 60 тыс.; ежегодно в строй вводится несколько сот новых водохранилищ. Общая площадь всех водохранилищ мира более 400 тыс. км 2 , а с учетом подпруженных озёр – 600 тыс. км 2 . Суммарный полный объём водохранилищ достиг почти 6,6 тыс. км 3 . Многие реки земного шара – Волга , Днепр , Ангара , Миссури, Колорадо, Парана и другие – превращены в каскады водохранилищ. Через 30–50 лет водохранилищами будет зарегулировано 2/3 речных систем земного шара.

Приблизительно 95% объёма всех водохранилищ мира сосредоточено в крупных искусственных водоёмах с полным объёмом более 0,1 км 3 . В настоящее время таких водохранилищ более 3 тыс. Большинство из них расположено в Азии и Северной Америке, а также в Европе.

В России насчитывается более 100 крупных водохранилищ с объёмом более 0,1 км 3 каждое. Их суммарные полезный объём и площадь равны соответственно около 350 км 3 и более 100 тыс. км 2 . Всего же в России, более 2 тыс. водохранилищ.

Самые большие по площади водохранилища в мире (без учета подпруженных озёр) – это Вольта в Гане на р. Вольте, Куйбышевское в России на Волге, Братское в России на Ангаре, Насер (Садд-эль-Ааои) в Египте на Ниле. Самый большой полезный объём (без учета подпруженных озёр) имеют водохранилища Вольта, Насер, Братское, Кариба (на р. Замбези в Замбии и Зимбабве).

Назначение водохранилищ

Строительство и эксплуатация водохранилищ позволяет более рационально использовать водные ресурсы . Накопленную в водохранилищах воду используют для орошения и обводнения земель, водоснабжения населённых пунктов и промышленных предприятий, санитарных промывок речных русел , улучшения судоходных условий ниже по течению в маловодный период года и т. д. С помощью водохранилищ регулируют речной водный сток для гидроэнергетики, с целью предотвращения наводнений . Водохранилища используют также для рыбного хозяйства, водного транспорта, рекреации (отдыха людей), водного спорта.

По способу заполнения водой водохранилища бывают запрудные, когда их наполняет вода водотока , на котором они расположены, и наливные, когда вода в них подается из рядом расположенного водотока или водоёма. К наливным водохранилищам относятся, например, водохранилища гидроаккумулирующих электростанций.

По географическому положению водохранилища делят на горные, предгорные, равнинные и приморские. Первые из них сооружают на горных реках, они обычно узкие и глубокие и имеют напор, т. е. величину повышения уровня воды в реке в результате сооружения плотины, 100–300 м и более. В предгорных водохранилищах обычно высота напора 30–100 м. Равнинные водохранилища обычно широкие и мелкие, высота напора – не более 30 м. Приморские водохранилища с небольшим (несколько метров) напором, сооружают в морских заливах, лиманах, лагунах, эстуариях .

Примерами высоконапорных горных водохранилищ служат Нурекское и Рогунское на Вахше с высотой напора около 300 м. К предгорным водохранилищам могут быть отнесены некоторые водохранилища Енисейского и Ангарского каскадов: Красноярское (высота напора 100 м), Усть-Илимское (88 м). Примерами равнинных водохранилищ могут служить водохранилища Волжского и Днепровского каскадов: Рыбинское (высота напора 18 м), Куйбышевское (29 м), Волгоградское (27 м), Каневское (15 м), Каховское (16 м). К приморским водохранилищам относятся, например, опреснённая водами Дуная лагуна Сасык на западном побережье Чёрного моря на Украине, водохранилище Эйсселмер в Нидерландах, образованное в результате отчленения дамбой от Северного моря залива Зейдер-Зе и его опреснения водами Рейна.

По месту в речном бассейне водохранилища могут быть подразделены на верховые и низовые. Система водохранилищ на реке называется каскадом.

По степени регулирования речного стока водохранилища могут быть многолетнего, сезонного, недельного и суточного регулирования. Характер регулирования стока определяется назначением водохранилища и соотношением полезного объёма водохранилища и величины стока воды реки .

Основные характеристики водохранилищ

Для описания водохранилищ применимы те же показатели, что и для озёр. Из морфометрических характеристик водохранилища наиболее важны площадь его поверхности и объём вод. Форма водохранилища определяется характером заполненного водой понижения земной поверхности. Котловинные водохранилища обычно имеют озеровидную форму, долинные – вытянутую. Многие долинные водохранилища расширяются по направлению к плотине, имеют изрезанные берега и многочисленные заливы (затопленные устья притоков).

Любое водохранилище рассчитывается на накопление некоторого объёма воды в период наполнения и на сброс этого же объёма в период его сработки. Накопление нужного объёма воды сопровождается повышением уровня до некоторой оптимальной величины. Такой уровень обычно достигается к концу периода наполнения, может поддерживаться плотиной в течение длительного времени и называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). В редких случаях, во время высокого половодья или крупных паводков , допускается временное превышение НПУ на 0,5–1 м. Такой уровень называют форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Предельно возможным снижением уровня воды в водохранилище является достижение уровня мёртвого объёма (УМО), сработка объёма воды ниже которого технически вообще невозможна.

Объём водохранилища, находящийся ниже УМО, называется мёртвым объёмом (МО). Для регулирования стока и периодической сработки используется объём водохранилища, находящийся между УМО и НПУ. Этот объём называют полезным объёмом (ПО) водохранилища. Сумма полезного и мёртвого объёмов дает полный объём, или ёмкость водохранилища. Объём воды, заключённый между НПУ и ФПУ, называют резервным объёмом.

В пределах запрудного долинного водохранилища выделяют несколько зон: зону переменного подпора, верхнюю, среднюю и нижнюю.

Влияние водохранилищ на режим рек и окружающую среду

Главное воздействие водохранилищ на реки – это регулирование стока. Оно в большинстве случаев проявляется ниже по течению в уменьшении стока воды в половодье (его «срезка») и увеличении стока в маловодный период года (в межень). Сезонное регулирование стока водохранилищами ведёт к сглаживанию колебаний уровней воды ниже водохранилища в течение года.

Ниже водохранилищ полностью преображается водный режим рек, изменяются характер заливания поймы, русловые процессы, режим устьев рек и т. д. В областях недостаточного увлажнения воздействие водохранилищ приводит к высыханию речных пойм и дельт , что может нанести серьёзный ущерб хозяйству. Осушение пойм в зоне избыточного увлажнения – наоборот, явление положительное, способствующее их хозяйственному освоению.

Так же, как и озёра, водохранилища замедляют водообмен в гидрографической сети речных бассейнов . Сооружение водохранилищ привело к увеличению объёма вод суши приблизительно на 6,6 тыс. км 3 и замедлению водообмена приблизительно в 4–5 раз. Наиболее сильно замедлился водообмен в речных системах Азии (в 14 раз) и Европы (в 7 раз). Для рек бывшего СССР водохранилища увеличили среднее время пребывания вод в речных системах с 22 до 89 суток, т. е. в 4 раза. После сооружения каскада водохранилищ водообмен в бассейнах рек Волги и Днепра замедлился в 7–11 раз.

Сооружение водохранилищ всегда ведёт к уменьшению как стока воды вследствие возрастания водозабора на хозяйственные нужды и дополнительных потерь на испарение с поверхности водоёма, так и стока наносов, биогенных и органических веществ вследствие их накопления в водоёме.

В результате сооружения водохранилищ возрастает поверхность, покрытая водой; поскольку испарение с водной поверхности всегда больше, чем с поверхности суши, потери на испарение также возрастают.

В условиях избыточного увлажнения (например, в тундре) испарение с водной поверхности ненамного превышает испарение с поверхности суши. Поэтому при избыточном увлажнении сооружение водохранилищ практически не сказывается на уменьшении водного стока рек. В условиях недостаточного увлажнения (например, в зоне степей), а в особенности в условиях засушливого климата (в пустынях и полупустынях), сооружение водохранилищ приводит к существенным потерям водного стока рек на дополнительное испарение.

Степень уменьшения речного стока в результате сооружения водохранилищ возрастает по территории Европейской части России с севера на юг.

Во всех водохранилищах мира в конце ХХ в. терялись на испарение 120 км 3 воды в год, т.е. около 3% стока всех рек мира. Наибольшие потери речного стока свойственны водохранилищам Насер (8,3 км 3 /год) и Вольта (4,6 км 3 /год).

В то же время, водохранилища служат мощными поглотителями биогенных и загрязняющих веществ благодаря процессам их разложения и осаждения. Однако это положительное воздействие водохранилищ на качество воды может произойти лишь при правильном режиме эксплуатации водохранилища, при условии ограничения антропогенной нагрузки на качество воды и проведении природоохранных мероприятий на водосборе водоёма. В некоторых случаях требуется и реконструкция самого водохранилища.

В результате сооружения водохранилищ и отложения в них речных наносов существенно уменьшается их сток. Водохранилища действуют как «ловушки» для переносимых реками наносов. Отложение в водохранилищах мелких (взвешенных) наносов называют заилением водохранилища, отложение крупных (влекомых) наносов – его занесением. По некоторым современным оценкам, в ХХ в. сток наносов всех рек мира под влиянием водохранилищ уменьшился на 25%.

После сооружения водохранилищ сток наносов в устьях рек Волги, Риони, Дуная, Куры и Миссисипи сократился приблизительно в 2 раза, в устьях рек Сулака , Тибра и Нила – в 8–10 раз, в устье Эбро – в 250 раз (!). В последнем случае столь значительное уменьшение стока наносов объясняется близостью крупных водохранилищ к устью реки.

Уменьшение стока наносов рек вследствие их отложения в водохранилищах может вызвать нарушение баланса наносов в устьях рек и стимулировать частичное волновое разрушение дельты и соседних морских берегов, как это уже произошло в 1970-х гг. в устье Нила после возведения Высотной Асуанской плотины и создания водохранилища Насер, а также в устье Сулака после сооружения Чиркейского водохранилища в 1974 г. и в устье Эбро после строительства водохранилищ Мекиненса и Рибарроха в 1964 и 1969 гг. соответственно.

Заметное влияние водохранилища оказывают на термический и ледовый режим рек. Наиболее характерно выравнивающее воздействие водохранилищ на температуру воды в реке. Так, на Енисее ниже Красноярского водохранилища температура воды стала в мае–июне на 7–9°С и в июле–августе на 8–10°С ниже, а в сентябре на 8° и в октябре на 9°С выше, чем до зарегулирования реки.

Водохранилища оказывают заметное воздействие на природные условия сопредельных территорий. Сооружение крупных водохранилищ приводит к затоплению земель, повышению уровня грунтовых вод , способствующих подтоплению и заболачиванию территорий. Потеря земель при затоплении – наиболее существенное негативное последствие сооружения водохранилищ. По некоторым оценкам, суммарная площадь такого затопления в мире равна приблизительно 240 тыс. км 2 , что составляет 0,3% земельных ресурсов суши. Площади затопления на территории бывшего СССР составили порядка 80 тыс. км 2 . В результате сооружения водохранилищ озёрность территории России возросла до 4%.

Очевидно, что период строительства крупных водохранилищ, приводящих к большим затоплениям земель, окончился. В последнее время отдаётся явное предпочтение сооружению небольших водохранилищ, в частности, в горных и предгорных районах.

Водохранилища ведут к изменению микроклиматических условий (выравниванию внутригодовых колебаний температуры воздуха, усилению ветра, некоторому увеличению влажности воздуха и атмосферных осадков), волновому размыву берегов.

После сооружения водохранилища изменяется почвенно-растительный покров на затопленных и подтопленных землях. Полагают, что влияние водохранилищ распространяется на сопредельную территорию, приблизительно равную по площади самому водохранилищу. Кроме того, в результате сооружения водохранилищ часто ухудшаются условия прохода на нерест многих пород рыб; нередко ухудшается качество воды вследствие возникновения в некоторые периоды года дефицита кислорода в придонных слоях, накопления солей и биогенных веществ, цветения воды . Считают также, что сооружение водохранилищ может привести к увеличению сейсмичности в горных районах (дополнительный вес накопленных в водохранилище вод усиливает внутреннее напряжение в горных породах, нарушает их устойчивость и приводит к землетрясениям).

Таким образом, водохранилища оказывают довольно сложное и противоречивое воздействие и на режим рек, и на природные условия сопредельных территорий. Давая несомненный положительный экономический эффект, водохранилища нередко вызывают и весьма негативные экологические последствия. Всё это требует, чтобы при проектировании водохранилищ более внимательно учитывался весь комплекс гидрологических, физико-географических, социально-экономических и экологических аспектов. Возникает необходимость в экологическом прогнозе, который невозможен без помощи гидрологии .

Важное значение при этом имеют мероприятия, осуществляемые в процессе создания и эксплуатации водохранилища с целью предотвращения нежелательных последствий и максимального использования положительного эффекта от создания водохранилища. К таким мероприятиям относятся: инженерная защита от затопления территорий и объектов (населённых пунктов, сельскохозяйственных угодий, предприятий, мостов и т. д.); переселение жителей, перенос предприятий, дорог и т. д., очистка ложа водохранилища от леса и кустарников, создание водоохранных зон; восстановление лесных, рыбных, охотничьих и других ресурсов; транспортное, рыбохозяйственное, рекреационное и другое освоение водоёма, инженерное обустройство акватории и береговой зоны водохранилища и т. д.

В.Н. Михайлов, М.В. Михайлова