Водохранилища и их характеристики

 

По географическому признаку (см. рис. 3.1) различают три вида водохранилищ.

 

Рис. 3.1. Типы водохранилищ:

а) долинные; б) озерные; в) смешанные

Долинные водохранилища на реках создаются за счет затопления части речной долины. При этом течение реки перегораживают плотиной в сравнительно узком месте, где высокие (коренные) берега подходят друг к другу. Выше плотины повышается уровень воды и создается водохранилище, которое простирается вверх по течению иногда на 300-500 км, затапливая не только долину основной части реки, но и долины впадающих боковых притоков. Долинные водохранилища являются наиболее распространенными на территории Российской Федерации, в частности на р. Волге, Каме, Днепре, Дону и др.

Водохранилище озерного вида образуется в чаше озера. При этом плотиной перекрывают вытекающую из озера реку. В результате создается некоторый подпор, повышается уровень воды в озере и увеличивается площадь водного зеркала. Примером водохранилища озерного вида являетсяКубенское водохранилище, которое создано для обеспечения судоходных глубин на р. Сухоне.

Водохранилище смешанного вида образуется за счет затопления части долины реки, вытекающей из озера. При этом плотина возводится не в истоке реки, а несколько ниже по течению. Примером такого вида водохранилищ является Белозерское водохранилище, включающего емкость чаши Белого озера и емкость долины верхнего участка р. Шексны с ее притоками.

Основными характеристиками любого водохранилища являются кривые зависимости объема (V = V (Z)) и площади зеркала воды (F = F (Z)) от отметки уровня воды (Z) в нем (рис. 3.2).

 

Рис. 3.2. Основные характеристики водохранилища:

зависимости объема (1) и площади зеркала (2) от уровня воды

 

Площади зеркала водохранилища определяются планиметрированием на основании подробной съемки чаши водохранилища, выполняемой в горизонталях. После того, как кривая площадей F = f (Z) построена, объем водохранилища между любыми двумя отметками уровня Z ₁ и Z ₂ находится путем приближенного вычисления определенного интеграла , т.е. путем суммирования элементарных объемов D V между соседними горизонталями . На эти кривые наносят установленные проектом расчетные уровни воды. Такими расчетными уровнями являются:

1. Нормальный подпорный уровень (НПУ), до которого водохранилище наполняется при нормальной эксплуатации;

2. Уровень навигационной сработки (УНС), до которого разрешается срабатывать водохранилище в период навигации;

3. Уровень мертвого объема (УМО) – предельный уровень сработки, ниже которого не разрешается срабатывать водохранилище.

Объем водохранилища, заключенный между НПУ и УМО называется полезным объемом, который используется для регулирования стока. Объем, лежащий ниже УМО, называется мертвым объемом, который не используется для регулирования стока по экологическим причинам.

Кроме трех указанных основных уровней расчетом определяется форсированный подпорный уровень (ФПУ), до которого возможно кратковременное повышение уровня воды в водохранилище при пропуске половодья с обеспеченностью 0.01%. Иногда этот уровень называют катастрофическим, который повторяется один раз в 10 тысяч лет.

В табл. 3.1 приведены сведения о площади зеркала и объемах воды некоторых водохранилищ Российской Федерации.

Таблица 3.1

Река	Водохранилище	Площадь зеркала при НПУ, км2	Объем, км3
			полный	полезный
Волга	Рыбинское	4550	25,4	16,7
Волга	Самарское	6450	58,0	21,0
Волга	Волгоградское	3300	31,5	5,7
Дон	Цимлянское	2700	23,9	13,3
Ангара	Братское	5500	169,0	50,0
Енисей	Красноярское	2130	77,5	32,1

 

В процессе эксплуатации водохранилища имеются бесполезные потери воды из него. Самыми главными видами потерь являются:

- потери на испарение с водной поверхности;

- потери на фильтрацию воды в грунт чаши водохранилища.

Потери на испарение возникают в результате затопления части территории водосбора. Для озерных водохранилищ величину потерь на испарение вычисляют лишь с дополнительной затопленной площади, т.к. на площади самого озера условия обмена влагой с атмосферой остаются без изменения. Высота слоя испарения с зеркала водохранилища довольно сильно изменяется по годам, но в расчетах регулирования стока обычно вычисляют нормы потерь, отнесенные к некоторой постоянной площади зеркала водохранилища.

Норма потерь представляет собой разницу между средним многолетним слоем испарения с водной поверхности и слоем испарения с поверхности суши, , где: Z_B – слой испарения с водной поверхности; Z_C – слой испарения с поверхности суши.

Слой испарения с водной поверхности может быть найден по карте изолиний среднего многолетнего слоя испарения с водной поверхности для данного района с учетом климатических условий. Слой испарения с суши подсчитать весьма сложно, поэтому чаще всего его находят как разницу количества осадков (Х_С), выпадающих на площадь суши и величины стока воды с этой поверхности (Y).

Для северо-западных районов, которые характеризуются значительным количеством дождливых дней, величина слоя испарения приблизительно оценивается в 1-2 мм в сутки. В засушливых южных районах с большим количеством солнечных дней величина слоя испарения существенно больше и иногда достигает 0.5 м и более в год.

Различают два вида потерь воды из водохранилища на фильтрацию:

- единовременное изъятие воды на пропитывание грунтов при первоначальном заполнении водохранилища водой;

- эксплуатационные потери в последующий период.

Первый вид потерь в расчетах не учитывается. Для того, чтобы оценить потери на фильтрацию воды, необходимо располагать сведениями о высоте уровня грунтовых вод по всему периметру водохранилища. Если уровень грунтовых вод по всему периметру водохранилища стоит выше намеченного расчетом нормального подпорного уровня, то потери на фильтрацию можно считать равными нулю (см. рис. 3.3).

В противном случае необходимо считаться с такими потерями. Количественная оценка этих потерь представляет собой в высшей степени трудную задачу из-за разнообразия грунтов берегов чаши водохранилища.

 

 

Рис. 3.3. Схема потерь воды на фильтрацию из водохранилища

 

Чаще всего ограничиваются грубым приближенным расчетом по аналогии с уже созданными водохранилищами. При хороших гидрогеологических условиях (водонепроницаемые грунты ложа, а уровень грунтовых вод в берегах чаши близок к подпорному уровню водохранилища) потери принимаются равными 0.5 м в год. При средних условиях величина потерь равна 0.5-1.0 м в год, а при тяжелых условиях (водопроницаемые трещиноватые грунты ложа, а уровень грунтовых вод существенно ниже расчетного подпорного уровня) потери принимаются равными 1-2 м и более.