Водохранилища и их отличия от других типов водоемов
Из всего многообразия преобразующей деятельности человека как по своим масштабам, так и по значению в глобальных экологических системах планеты особо выделяются два процесса: освоение новых территорий для сельскохозяйственного производства, промышленного и гражданского строительства и преобразование речного звена гидросферы на огромных пространства суши путем гидротехнического строительства.
Гидротехническое строительство осуществляется на всех континентах планеты. Водохранилища - ключевые, базовые элементы гидротехнических и водохозяйственных систем любого ранга, поскольку именно они позволяют осуществить регулирование водных ресурсов, преобразование гидросферы в желаемом для общества направлении. Водохранилищами, по мнению авторов (Авакян, Савушкин, Шарапов), следует считать искусственно созданные долинные, котловинные и естественные озерные водоемы с замедленным водообменом, полным объемом более 1 млн. м3, уровенный режим которых постоянно регулируется и контролируется гидротехническими сооружениями в целях накопления и последующего и использования запасов вод для удовлетворения хозяйственных и социальных потребностей. (Вендров, 1970)
Водохранилища - управляемые объекты. Основные их параметры (объём, площадь, место расположения, режим регулирования) и многие другие характеристики определяются человеком на стадии проекта; в составе гидроузлов есть специальные технические системы, сооружения и устройства (гидротурбины, водосборные отверстия с затворами), позволяющие изменять объем и уровень воды в водохранилище.
Водохранилища следует рассматривать как природно-технические системы. Учет взаимодействия их природной и технической подсистем может существенно увеличить возможности рационального и комплексного использования водохранилищ, а игнорирование - привести к значительным потерям. Управляя технической подсистемой водохранилища, человек может вызвать развитие таких процессов и явлений в природной подсистеме, которые он не в состоянии предотвратить или их преодоление требует больших затрат материальных и трудовых ресурсов. Непосредственно и полностью человек управляет только запасами воды, а экосистемой и геосистемой водохранилища - частично и косвенно.
Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды - сработкой водохранилища. Как наполнение водохранилища, так и его сработка производятся всегда до более или менее определенных уровней. Различают несколько характерных уровней, главный из них - нормальный подпорный уровень (НПУ) и уровень мертвого объема (УМО). (НПУ) - наивысший проектный уровень верхнего бьефа, выше которого подъем уровня в водохранилище, не допускается. (УМО) - минимальный уровень водохранилища при сработке его полезного объема, допустимый в условиях нормальной эксплуатации водохранилищ. Также выделяют форсированный подпорный уровень (ФПУ). Он выше (НПУ) и допустим при пропуске стоков половодий и паводков редкой повторяемости. (Богатырев, 1958)
При создании водохранилищ происходят многообразные изменения природных и хозяйственных условий на территориях прилегающих к новому водоему и на удаленных от него вниз по течению. Масштабы, глубина и направленность изменений определяются размерами нового водоема и своеобразием природных условий района, в котором он находится.
Водохранилищам присуща особая система внутриводоемных процессов. Свойственные им гирологические, гидрофизико-химические гидробиологические процессы не идентичны тем, которые наблюдаются в озёрах, реках и каналах. Ведущими факторами, определяющими специфику взаимосвязанных и взаимообусловленных внутриводоёмных процессов в водохранилищах, служат водообмен и уровенный режим водоема.
Все эти факторы и отличают условия развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от тех, которые характерны для рек и озер. Это проявляется в том, что в водохранилищах создаются зоны направленного движения воды к плотине, и образуются зоны водоворотных циркуляций.
Процессы трансформации вещества и энергии в водохранилищах имеют другие масштабы, направленность, длительность и интенсивность, чем в озерах и реках. Это выражается в показателях качества воды, в структуре и продуктивности водных экосистем. Водохранилища можно рассматривать как своеобразные огромные преобразователи и аккумуляторы вещества и энергии, но они не автономны, как ,например, озера. Рекам, наоборот, свойственен поточный механизм преобразования вещества и энергии.
Этот накопительный эффект водохранилищ имеет как положительное (осветление воды, снижение её цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательное значение (уменьшение самоочищающей способности воды, образование застойных зон, большее, чем в реках, прогревание воды, и как следствие - евтрофирование новых водоемов).
Главная цель создания водохранилищ - регулирование стока. Оно делается в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.
При создании водохранилищ изменяется ландшафт речных долин и озерных котловин. Изменения ландшафта и гидрологического режима реки оказывает большое влияние на окружающую среду прилегающей территории. Взаимодействие водохранилищ с окружающей средой, прежде всего с природой водосборной площади, существенно отличается от взаимодействия естественных водных объектов. (Богословский, 1974)
Сильно видоизменяется ландшафт района сработки водохранилищ. Существенно уменьшается площадь, объем, ширина и глубина водохранилища в целом и его участков в частности. Наибольшие изменения происходят в верхнем участке водохранилища и в заливах, где вода уходит с затопленной поймы и сохраняется только в бывшем русле реки: фактически этот участок на время превращается снова в речку. Ниже водохранилищ ландшафт речной системы также изменяется, особенно при сезонном и многолетнем регулировании стока. В результате частичного или полного прекращения паводков уменьшаются площади весеннего затопления поймы. Изменение режима стока наносов вызывает размывы русла непосредственно ниже гидроузлов и изменение характера русловых процессов в дельтах. Эти изменения наблюдаются на расстоянии в сотни и тысячи км. (Матарзин, 2003)
Изменения гидрологического режима реки и процессов, происходящих в береговой полосе, отражаются на почвенно-растительном покрове, животном мире и микроклиматических условиях.
Образование на реках в нижних бьефах гидроузлов майн - незамерзающих участков - способствует изменению микроклиматических условий над самой рекой и в прилегающей береговой полосе. Температура воздуха здесь несколько выше, чем на окружающей местности, часто образуются туманы. Происходит постоянное и временное затопление и повышение уровня грунтовых вод, вызывая в нижних бьефах такие же изменения. Другое воздействие на природные условия в поймах и дельтах рек оказывает снижение паводковых уровней.
2.1 Изменение берегов водохранилищ
В природе не много таких быстро меняющихся и неустойчивых типов рельефа, как берега новых водохранилищ. В первые годы после создания водохранилищ, изменяются склоны речной долины, оказавшиеся на границе с водой. В одних местах берег начинает обваливаться и отступать, в других весь склон приходит в движение и возникает оползень, а в условиях балок - заливов образуются косы и пересыпи.
Главная сила, действующая на берега, разрушающая и намывающая их - ветровые волны и колебания уровней воды. Под воздействием волн происходят процессы абразии берегов, аккумуляции смытого материала и перенос его вдоль берегов. Колебания уровней воды определяют вертикальную зону волнового воздействия на берега, ширину зоны затопления и переработки берегов. Процессы затопления и подтопления берегов и волновая деятельность способствует развитию геодинамических процессов: обвалов, оползней, суффозий, просадок, а в определенных условиях - карста, термоабразии. (Вендров, 1970)
Существует несколько основных типов берегов: отступающие (разрушающиеся), почти не известные устойчивые и наступающие, или аккумулятивные. Каждые из этих берегов имеет свои особенности и закономерности формирования.
Отступающие под действием волн или абразионные берега широко распространены на всех водохранилищах. Разрушаются в основном крутые склоны долин. Состав пород абразионных берегов может быть любой (глины, пески, скальные породы и т. д.), все в той или иной степени размываются волнами. Быстрее всего разрушаются песчаные, лёссовые, несколько медленнее - суглинистые, ещё медленнее - глинистые. Скорость разрушения берега зависит и от его высоты: чем ниже берег, тем быстрее он размывается. Однако воды размывают породы, больше на больших берегах. В верховьях водохранилищ, в зоне выклинивания, возрастает роль сточных - речных течений. Обычно не ощутимые возле плотины, они способны транспортировать главным образом илистые частицы. Ежегодное разрушение берегов водохранилищ в первые годы часто превышает 10м., иногда до 20-30м. суши. Характерно, что мысы разрушаются быстрее, чем бухты и заливы, при равной крутизне склона и одинаковом геологическом строении. Мысы не защищены от волн широкой отмелью, так как продукты их разрушения уносятся вдольбереговыми течениями в заливы. Таким образом, каждый участок берега не развивается изолированно от других участков, удаленных от него, и с другой стороны, сам начинает влиять на соседние участки.
Обычно спустя несколько лет после наполнения водохранилища скорость размыва берегов постепенно уменьшается. Тем не менее, берег продолжает отступать еще многие десятилетия. (Вендров, 1970)
Большое влияние на формирование берегов оказывает полузатопленная растительность. Лес, густые заросли кустарников и трав уменьшают высоту волн, препятствуют движению наносов, и берег в таких местах не разрушается.
Своеобразно развиваются оползневые берега. После создания водохранилищ повышается уровень подземных вод, и влажность пород увеличивается. В результате меняются физические свойства грунтов. Всё это ведет к нарушению равновесия сил, которое обеспечивает неподвижность склона. Его неустойчивость увеличивает колебания уровня водохранилища, вызывающие резкие изменения давления грунтовых вод на породы. Возникает оползень, а в тех местах, где они наблюдались раньше, они вновь приходят в движение.
Для защиты берегов от размыва приходиться возводить защитные гидротехнические сооружения. Иногда от разрушения волнами намывается искусственный пляж.
Таким образом, по мере увеличения "возраста" водохранилищ переформирования их берегов уменьшается, образуется устойчивый профиль берега. Однако изменение водохозяйственных функций и режима водохранилища, тектоническое движения; циклические изменения гидрометеорологических условий и т. п. могут оживить процесс переформирования берегов.(Матарзин, 2003)
2.2 Водохранилища и климат
Влияние водохранилищ на климат распространяется на сравнительно небольшую территорию прилегающих районов и еще менее заметно в нижних бьефах гидроузлов. Изменения микроклимата при создании водохранилищ определяется увеличением суммарной радиации и радиационного баланса, большей теплоемкостью водохранилищ по сравнению с сушей, уменьшением шероховатости поверхности и другими факторами. (Богатырев, 1958)
Интенсивность изменений климата под влиянием водохранилищ зависит также от рельефа (чем выше берег, тем быстрее затухают эти изменения), от параметров водохранилища, особенно объема водной массы, и других факторов. Основные изменения метеорологических условий под влиянием водохранилищ состоит в следующем: увеличивается радиационный баланс, испарение, ослабляется континентальность климата, возрастают скорости ветра, появляются ветры типа бризов.
Изменения затрагивают практически все элементы микроклимата акватории и прибрежных территорий. Известно, также что причина специфичности климата прибрежной зоны водоемов кроется в различии физических свойств воды и суши. Альбедо водной поверхности при большой высоте Солнца колеблется всего от 7 до 11% и всегда меньше альбедо поверхности суши. (Матарзин, 2003)
Интенсивность потери тепла деятельной поверхностью в основном зависит от ее температуры, а, следовательно, различия в суммах эффективного излучения водой и сушей тем больше, чем больше термические контрасты между ними, которые тесно связаны с географической зональностью.
Для глубоких водохранилищ характерны большие сезонные колебания радиационного баланса воды к радиационному балансу суши. (Дубровин. Матарзин, 1959)
Весной водохранилища оказывают охлаждающее влияние на прибрежные территории, а во второй половине теплового периода отдавая накопленное тепло, оказывают отепляющее воздействие. Под воздействием водохранилищ в прибрежной полосе, как правило, уменьшается континентальность климата: ход температур становится плавным, суточная амплитуда температур воздуха уменьшается, влажность воздуха увеличивается, весенние заморозки прекращаются в более ранние сроки, осенние заморозки наступают позже и т. д.
В районе крупных водохранилищ несколько увеличивается количество осадков. За счет испарения с увеличившейся водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха, что особенно заметно сказывается в аридных и семиаридных зонах. (Богословский, 1974)
В нижних бьефах гидроэлектростанций внутригодовое перераспределение стока приводит, к увеличению расходов воды в зимнее время и к усилению влияния их на температуру и влажность воздуха. Значительнее изменяется термический режим ниже глубоководных водохранилищ, в районах с холодным климатом.
В таких бьефах наблюдается повышение влажности воздуха и образование туманов. Также несколько в нижних бьефах изменяется микроклимат речных долин.
Таким образом, влияние водохранилищ на микроклимат в различных зонах неодинаково. В зоне недостаточного увлажнения это влияние затухает быстрее и резче, чем в зоне избыточного увлажнения. И распространяется дальше, но с менее резкими переходами. В тоже время абсолютные и относительные показатели изменения микроклимата возрастают при движении с севера на юг.
2.3 Влияние водохранилищ на грунтовые воды
С заполнением водохранилища начинается активное воздействие вод на его берега. Они смачиваются в связи с подъемом уровня грунтовых вод, их подмывает штормовая волна, на них действует ветер.
С заполнением водохранилища грунтовые воды подпираются водохранилищем и поднимаются ближе к поверхности земли до того уровня, при котором они вновь могут стекать в водоем. До тех пор пока грунтовые воды не достигнут этого уровня, происходит их непрерывное пополнение за счет водохранилища.
Процесс повышения уровня грунтовых вод происходит, как правило, очень медленно. На первом этапе, который продолжается от нескольких месяцев до многих лет, повышение уровня грунтовых вод происходит за счет двух источников: фильтрации воды из водохранилища и аккумуляции притока грунтовых вод. На втором этапе, когда уровень грунтовых вод достигнет уровня воды в водохранилище, только за счет грунтовых вод, движущихся в сторону водохранилища.(Вендров, 1970, «Влияние…»)
Быстрое повышение уровня грунтовых вод происходит в трещиноватых известняках, в галечниках, в гравии и крупнозернистых песках и медленное в суглинках и глинах.
По мере удаления от уреза водохранилища скорость распространения подпора уменьшается. Формирование подпорного уровня грунтовых вод происходит медленно и в значительном удалении от водохранилища может продолжатся несколько десятков лет даже в хорошо водопроницаемых породах.
Уровень грунтовых вод на территориях, прилегающих к водохранилищу, испытывает колебания в течении года в зависимости от изменения уровня воды в водохранилище. Со сработкой водохранилища уровень грунтовых вод начинает понижаться, и наоборот. Чем ближе к урезу водохранилища, тем больше амплитуда колебания уровня грунтовых вод в связи с небольшой скоростью фильтрации отстают от колебаний уровня водохранилища. Также в некотором удалении от него уровень грунтовых вод может снижаться, в то время как уровень водохранилища уже повышается, и наоборот. Сезонные колебания уровня грунтовых вод распространяются не на всю ширину зоны подпора грунтовых вод.
Повышение уровня грунтовых вод, вызывает заболачивание и подтопление территории, приводит к изменению почв, химического состава грунтовых вод и растительности. (Вендров, 1970)
Таким образом, изменения режима грунтовых вод имеет большое значение для водоснабжения, строительства и других отраслей хозяйства, на водохранилищах организованы гидрологические станции и посты. Также влияние водохранилищ на грунтовые воды изучается с помощью скважин, приуроченных на различных расстояниях от береговой линии.
2.4 Влияние водохранилищ на почвы
Характер влияния водохранилищ на почвы изменяется в зависимости от уровня грунтовых вод, удаленности от уреза водохранилища, уклона поверхности, механического состава почв, характера растительности. Ширина зоны влияния водохранилищ на почвы составляет нескольких десятков метров до одного, а иногда и нескольких км.
Изменения режима паводкового затопления земель, уровенного режима грунтовых вод и микроклимата приводят к изменению водного и теплового режима почв на побережьях водохранилищ, а, следовательно, и к уменьшению биологических и физико-химических процессов в них.
Зоны влияния водохранилищ на почвы в большинстве случаев нельзя четко оконтурить, так как, например, сильно подтопляемые почвы могут занимать отдельные понижения среди слабо подтопляемых земель; на прирусловых валах среди заболоченных земель почвы могут не испытывать никаких изменений. В нижнем бьефе почвенный покров изменяется дифференцированно. Это объясняется своеобразием и трансформацией гидрологического режима реки - более сильным и продолжительным увлажнением прирусловой части поймы и уменьшением поверхностного увлажнения остальной территории. Поэтому в узкой прирусловой полосе изменения в почвенном покрове проявляются в интенсификации процессов заболачивания или олуговения и аналогичным процессом в зоне подтопления вокруг водохранилищ. На большей части поймы, где уменьшается или прекращается увлажнение поймы паводковыми водами, наблюдается ксеротофитизация почв. Особенно это заметно в аридных районах, где отсутствие весенних или весенне-летних разливов объясняет - высокую интенсивность вторичного засоления поймы. До создания водохранилища периодическое промывание способствовало снижению засоленности почв и образованию горизонта пресных вод, который препятствовал капиллярному подъему более глубоких засоленных вод. На почвы пойм влияют также зимние затопления. Так, наледи на лугах и поймах могут на отдельных участках держатся до середины мая, что не только нарушает нормальный фенологический цикл, но и способствует развитию процесса оглеения почв с соответствующим изменением растительного покрова.(Вендров, Воропаев, 1987)
Таким образом, изменения почвенного покрова могут иметь и отрицательные и положительные последствия. При осуществлении соответствующих мелиоративных работ приток грунтовых вод в верхние слои почвы может явиться источником постоянного увеличения их плодородия, в связи с чем земли, расположенные в зоне подтопления, можно рассматривать как ценный фонд для сельскохозяйственного освоения.
.5 Изменения растительного покрова
Изменение гидрологического режима, микроклиматических условий и почвенного покрова прибрежных территорий оказывает влияние на высшую растительность, как самого водоема, так и прибрежных территорий. Глубоководное и постоянное затопление территории приводит к полной гибели существующей здесь растительности - не вырубленных деревьев и кустарников, трав, мхов. Даже водные растения - тростники, камыши, рогоз и др. не могут существовать , если глубина воды превышает 2-2,5м. (Богословский, 1974)
В первые годы происходит быстрое разложение и минерализация органических остатков травянистой растительности.
На развитие водной и земноводной растительности в прибрежной зоне оказывает влияние уровенный режим, защищенность участка от волнения, глубина, форма и грунты дна, химический состав воды, характер и состав прежней растительности. На тех водохранилищах, на которых волны достигают большой высоты, заросли водной растительности на открытых участках побережья почти не развиваются. Мешают развитию такой растительности также крутые берега, глубокая ежегодная сработка и бедные грунты.
В первый год на мелководных участках водохранилищ преобладают разреженные заросли растений, перенесших затопление, или растительность совсем отсутствует. На второй и отчасти третий годы массовое распространение получают рогоз, сусан, тростник и др. В дальнейшем широко развивается лиственное разнотравье при одновременном отмирании рогоза, а на последнем этапе характерно преобладание узколиственного воздушно-водного разнотравья и крупной осоки, а в глубоководной зоне - урути. (Вендров, 1970)
При повышении уровня грунтовых вод ближе к поверхности травостой становится беднее, многие ценные травы исчезают.
Но не всегда заболачивание отрицательно влияет на рост леса. Бывает, что в почве присутствуют все признаки заболачивания и, тем не менее, лес растет здесь лучше, чем до создания водохранилища. Значит, в пояс заболачивания попал лес, ранее страдавший от недостатка влаги.
2.6 Изменения животного мира
водохранилище равнинный водоем
Особенностью влияния гидростроительства на природные комплексы и их компоненты является создание в пределах территории влияния новых экосистем, которые имеют иной качественный и количественный уровни круговорота веществ в природе. (Вендров, Дьяконов, 1976)
Создание водохранилищ коренным образом изменяет местный ландшафт. Это может отрицательно повлиять на привычный образ жизни и рефлексы животных: сезонные пути их миграции, изменение мест водопоя, условия их зимовки, поисков пищи и т.п. В совокупности с изменениями климата изменения ландшафта могут привести к ухудшению условий гнездования птиц, повлиять на пути перелетных птиц. Зимние затопления пониженных территорий (обычно в дельтах зарегулированных рек) неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных.
Интенсивность влияния факторов гидростроительства на природные комплексы и их компоненты на разных этапах строительства и эксплуатации неодинакова. Выделяется четыре основных периода (или стадии) влияния гидроузлов на окружающую среду:
·период строительства - от начала стройки до наполнения водохранилища до НПУ;
·заселение природных комплексов в первые десять лет существования водохранилища;
·созревание фаунистических и флористических компонентов природных комплексов во второе десятилетие существования водохранилища;
·стабилизация природных комплексов на территории влияния, наступающая обычно спустя 20 лет после наполнения водохранилища.
Следует учитывать также необходимость зонирования всей территории, на которую распространяется влияние гидроузла, на три основных участка, имеющих свою специфику:
·район расположения основных сооружений и окружающей хозяйственной инфраструктуры;
·водохранилище (верхний бьеф);
·нижний бьеф.(Авакян, Воропаев, 1976)
Многообразие видов животных определяет разную их реакцию на те или иные проявления влияния гидросооружений на окружающую среду.
При оценке воздействия гидротехнического строительства на животный мир должны учитываться следующие основные тенденции:
. Снижение биологического разнообразия. Речные долины (пойма) являются зоной повышенного биотопического и видового разнообразия. Создание водохранилища может вызвать исчезновение уникальных экосистем и отдельных видов в зоне влияния водохранилища.
Высока вероятность деградации и потери целого ряда популяций животных, находящихся на пределе распространения.
. Снижение биологической продуктивности на склонах побережий водохранилища. Появление водохранилища во многих случаях приводит к разобщению кормовых и защитных станций. Этот фактор, наряду с затоплением долинных мест обитаний, усилением браконьерства и охоты на хищников, а также увеличением частоты гибели животных от травм, может явиться одной из основных причин снижения численности животных на склонах побережий водохранилища.
. Вынужденные концентрации млекопитающих в районах выклинивания подпора водохранилища на реке и ее притоках. Потребность в восполнении утраченных и нарушенных природных комплексов, имевших в своем составе долину относительно крупной реки, животные будут пытаться восполнить за счет сохранившихся долин и каньонов. На притоках будет отмечаться тенденция к формированию зон повышенной численности и миграционной активности большинства видов млекопитающих.(Богословский, 1974; Вендров, 1970, «Влияние…»)
3. РАВНИННЫЕ ВОДОХРАНИЛИЩА И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
3.1 Классификация и типы водохранилищ
Водохранилища - многопризнаковые объекты, в связи с чем существуют различные их классификации.
Водохранилища комплексного назначения, применяемые одновременно и для борьбы с наводнениями, по характеру управления в них речным стоком делят на две группы: многолетнего и сезонного регулирования. В первых регулирование осуществляют в многолетнем разрезе, аккумулируя сток многоводных лет, пополняя за его счет недостачу воды в маловодные годы. Вторые регулируют речной сток в годовом разрезе, накапливая его в многоводные периоды и срабатывая в маловодные.
По морфологии ложа, согласно К. К. Эдельштейну, водохранилища делятся на:
·Котловинные, к ним относятся подпруженные озера и водохранилища, расположенные от моря в заливах, лиманах, лагунах, и также в искусственных выемках.
По способу заполнения водой водохранилища мира бывают:
·Запрудные, когда ложе наполняется водой водотока, на которых они расположены;
·Наливные, когда вода попадает из рядом расположенного водотока или водоёма.
По месту в речном бассейне водохранилища подразделяются на:
·верховые;
·низовые;
По географическому положению водохранилища делятся (по Фортунатову М.А.):
)По расположению в природных (широтных) зонах:
¾Водохранилища полярных областей
¾Водохранилища умеренных широт
¾Водохранилища аридных областей
)По расположению в природных (высотных) зонах:
¾Водохранилища равнин
¾Водохранилища плоскогорных областей
¾Водохранилища предгорных областей
¾Водохранилища горных областей
¾Водораздельные водохранилища
По типу водных объектов:
·Речные
·Озерные
·Озерно-речные
·Образованные в приспособленных естественных отрицательных формах рельефа
·Образованные в специально созданных искусственных котловинах
По степени регулирования речного стока водохранилища могут быть:
·Многолетнего регулирования;
·Сезонного регулирования;
·Недельного регулирования;
·Суточного регулирования.
Характер регулирования определяется назначением водохранилища и соотношением полезного объема и величины стока реки.
По размерам (полный объем,км3):
·Исключительно большие (более 50)
·Очень большие (50-10)
·Большие (10-5)
·Средние (5-1)
·Малые (1-0,1)
·Очень малые (0,1-0,01)
·Исключительно малые (менее 0,01).(Дубровин, Матарзин, 1959)
Кроме выше перечисленного, водохранилища делятся по конфигурации, по глубине, по размеру, площади, объему, по химическому составу вод и т. д. Таким образом, водохранилища можно систематизировать по многим признакам, выбирая любые качественные свойства и количественные критерии. Однако наиболее существенны именно те признаки, которые определяют основные черты природных процессов и направление хозяйственного использования этих водоемов.
3.2 Особенности равнинных водохранилищ
Строительство крупных водохранилищ на равнинных реках связано с затоплением больших площадей пойм и речных долин, представляющих наиболее ценные земли для сельского хозяйства.
При подготовке ложа водохранилища с затапливаемых территорий вывозят отбросы и отходы предприятий или дезинфицируют их на месте, перепахивают и т.д.; проводят лесоочистку; переносят места захоронения людей и скотомогильники. Санитарные органы контролируют перенос населённых пунктов из зоны затопления и выбор места их будущего размещения. Основные мероприятия по санитарной охране в период эксплуатации водохранилища включают контроль за размещением на побережье водоема городов и промышленных объектов, регулированием спуска в водохранилища сточных вод, оборудованием плавающих по ним судов специальными устройствами для сбора сточных вод и нечистот с последующим сбросом их в береговые канализационные устройства. В связи с возможным изменением эпидемиологической обстановки в зоне водохранилища санитарные органы проводят профилактику малярии, туляремии и других заболеваний. Санитарные требования при строительстве водохранилищ регламентируют "Санитарные правила по подготовке ложа водохранилища к затоплению и их санитарной охране" (Авакян, 1957). ( БСЭ, 1958)
По конфигурации берегов и форме водохранилища весьма различны, что обусловлено рельефом речных долин, попавших в зону затопления. Различают озеровидные водохранилища, которым свойственны обширные площади мелководий с глубинами до 4 м, и рекообразные, отличающиеся значительным сужением поймы, в результате чего площади мелководий у них невелики, и разветвленные, где они несколько больше.
В равнинных водохранилищах сезонного и многолетнего регулирования стока сработка -. 3-10 м. Скорость сработки во многих равнинных водохранилищах России достигает 2-5 см/сут, возрастая обычно от лета к концу зимы. Это - особо неблагоприятный фактор для развития ихтиофауны. (Электронный ресурс: научно-информационный портал Винити)
Равнинные водохранилища характеризуются большой площадью водного зеркала, относительно малыми глубинами (в больших равнинных водохранилищах глубины не превышают 20 - 30 м), небольшой амплитудой колебания уровня воды и преимущественно невысокими берегами, сложенными рыхлыми четвертичными или более древними осадочными породами невысокой или средней прочности. Значительные колебания уровня водохранилищ (от 2 до 8-10 м) приводят к взаимодействию ветровых волн с берегом на новых высотных отметках. Это способствует активному разрушению берегов, особенно на равнинных водохранилищах, где «переработка берегов» распространяется на сотни метров, а размытые массы обрушиваются в воду. (Вендров, Дьяконов, 1976)
Существенным образом различаются длина, ширина, наибольшая и средняя глубины. Максимальная длина крупных равнинных и плоскогорных водохранилищ достигает 400 - 565 км, а ширина - до нескольких десятков километров.
Равнинные водохранилища обычно велики по площади и изменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшается санитарное состояние водоемов. Нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел рек и водохранилищ. Замедление скорости общего водообмена крупных равнинных водохранилищ, приводит к изменению способности вод к самоочищению и, как следствие, к появлению сине-зеленых токсичных водорослей, к загрязнению водохранилищ и рек сточными водами и химическими веществами.
Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных. Но иногда для создания нормального судоходства и орошения это необходимо. (Авакян, Вендров, 1968)
При создании водохранилища, кроме затопления, происходит и подтопление земель в прибрежной зоне, вследствие подъема уровня грунтовых вод. Последствия этого явления обычно неблагоприятны: при очень малой глубине от поверхности земли до нового уровня грунтовых вод может произойти заболачивание территории; в других случаях культурные растения замещаются водолюбивыми (обычно менее ценными); затапливаются подвальные помещения зданий, выводится из строя подземное хозяйство городов и промышленных предприятий; происходят большие деформации (осадки) сооружений; ухудшается санитарное состояние района и т. д. Наряду с подтоплением земель берега водохранилища переформировываются в результате воздействия волнобоя. Материалы волновой абразии образуют пологую береговую отмель, в пределах которой рассеивается часть энергии волны. С развитием отмели увеличиваются потери энергии подходящих к берегу волн, и абразия постепенно затухает. Этот процесс может различно проявляться в зависимости от уровенного режима и режима волнения, а также от формы и геологического строения размываемого берега. Разрушение завершается тогда, когда волна практически теряет транспортирующую способность.
При наличии неблагоприятных прогнозов подтопления и переработки берегов из зоны водохранилища переносятся на новые места населенные пункты и предприятия или, если это экономически более выгодно, осуществляются меры инженерной защиты. (Авакян, Вендров, 1968)
Камское водохранилище является первым и самым большим по площади в каскаде водохранилищ, созданных на р. Каме. Расположенные ниже Воткинское и Нижнекамское водохранилища оказываются под его влиянием.
С первого года наполнения Камского водохранилища (1954) и до конца 80-х гг., гидрологи, гидробиологи и ихтиологи естественно - научного института при Пермском университете вели систематические наблюдения за состоянием гидрологического, гидрохимического и биологического режима водоема. Кроме них, с целью изучения нового водоема, сразу же после его создания, кафедра Пермского государственного университета организовала специальную экспедицию. В программу экспедиции входило исследование гидрометеорологического режима, формирования берегов и гидрохимии водохранилища.
Площадь водохранилища при нормальном подпорном горизонте 1735 км2, а объем - 10,7 км3 (очень большое). Камское водохранилище относится к водохранилищам с сезонным регулированием стока, то есть к таким, которые наполняются до проектной отметки за один сезон.
Водоем сравнительно узкий, на большем своем притяжении вытянутый с севера на юг. Если учитывать кривизну плесов, то длина его при нормальном подпорном горизонте приблизительно 350 км.
Подпор воды, созданный плотиной, распространился далеко и по притокам Камы: по Чусовой - на 153 км, по Обве - на 90 км, по Иньве - на 80 км, по Косьве - на 60 км.(Вендров, Дьяконов, 1976)
При сработке водохранилища происходит значительное понижение уровня воды. За лето в маловодные годы уровень понижается до 1,5 м, а к концу зимы происходит понижение его до 7-8 м. В связи с этим изменяются и размеры водоема. Особенно большие изменения происходят в верхней части водохранилища, где обширные заливы в устьевых участках Иньвы и Косьвы к концу зимы почти исчезают. Также характерен неустойчивый режим в течение вегетационного сезона и сильная антропогенная нагрузка с момента создания.
Протяженность берегов, подверженных интенсивной переработке, составляет по Камскому водохранилищу более 200 км.
По результатам обследований водохранилищ, проведенных ФГУ "Камводэксплуатация", установлено, что разрушение береговой полосы происходит по следующим причинам:
¾большая крутизна склонов;
¾поступление по трещинам в массив атмосферных осадков, что приводит к уменьшению прочностных свойств грунта;
¾наличие поверхности раздела, по которой возможны смещения суглинков и глин по кровле коренных пород;
¾наличие подземных и поверхностных вод, разгружающихся в водохранилищах;
¾колебания уровня воды водохранилищ;
¾волновой размыв
В период строительства Камского гидроузла на берегах создаваемого водохранилища для защиты обрушения были построены берегоукрепительные сооружения общей протяженностью 7,6 км. После ввода в эксплуатацию (с 1956 г. по 2002 г.) также были построены берегоукрепительные сооружения протяженностью 21,16 км, в том числе дамб - 17,76 км, берегоукреплений - 3,4 км. В настоящее время ведутся берегоукрепительные работы в д. Посер Ильинского района и у с. Пожва Юсьвинского района. (по материалам ФГУ "ПТФГИ»). (Официальный сайт Природа Пермского края)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной работы мы пришли к выводу, что гидротехническое строительство осуществляется на всех континентах планеты. Водохранилища - главные элементы гидротехнических и водохозяйственных систем любого ранга, так как они позволяют осуществить регулирование водных ресурсов в желаемом для общества направлении.
Главная цель создания водохранилищ - регулирование стока. Это осуществляется в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.
Также нужно отметить, что водохранилища можно систематизировать по многим признакам, выбирая любые качественные свойства и количественные критерии. Однако наиболее существенны именно те признаки, которые определяют основные черты природных процессов и направление хозяйственного использования этих водоемов.
В связи с поставленной целью было установлено, что строительство крупных водохранилищ на равнинных реках связано с затоплением больших площадей пойм и речных долин, представляющих наиболее ценные земли для сельского хозяйства. Равнинные водохранилища характеризуются большой площадью водного зеркала, относительно малыми глубинами, небольшой амплитудой колебания уровня воды и преимущественно невысокими берегами.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что равнинные водохранилища являются очень важными объектами, так как они способствуют нормальной жизнедеятельности населения, развитию экономики за счет водного транспорта и процветанию сельского хозяйства. Что касается негативных последствий создания равнинных водохранилищ, то они всегда и непременно будут возникать. Но и их можно минимизировать путем тщательной планировки строительства.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1)Авакян А.Б., Вендров С.Л., Дьяконов К.Н., Ретеюм А.Ю. Роль водохранилищ в изменении природных условий. М.: Знание, 1968. 45 с.
)Богатырев В.В., Инженерная защита в зонах водохранилищ крупных гидроэлектростанций, М.-Л., 1958. 312 с.
)Богословский Б.Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища. Минск: Издательство БГУ, 1974. 289 с.
)Введенский Б.А. Водохранилища//БСЭ. 2-е изд. М.,1958. Т.8. С.317-320
)Вендров С.Л. Влияние водохранилищ лесной зоны на прилегающие территории. М.: Наука, 1970. 247 с.
)Вендров С.Л. Проблемы преобразования речных систем. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1970. 235 с.
)Водохранилища и их воздействие на окружающую среду / под ред. А.Б. Авакяна, Г.В. Воропаева. М.: Наука, 1986. 364 с.
)Вендров С.Л., Дьяконов К.Н. Водохранилища и окружающая природная среда М.:Наука,1976. 135 с.
)Дубровин Л.И., Матарзин Ю.М., Печеркин И.А. Камское водохранилище. Пермское книжное издательство, 1959.159 с.
)Матарзин Ю.М. Гидрология водохранилищ. Пермь: Изд-во ПГУ, ПСИ, ПССГК, 2003. 296 с.
)Роль водных ресурсов в жизни страны / под ред. С.Л. Вендров, Г.В. Воропаев. М.: Наука, 1987. 109 с.
Электронные ресурсы.
12)Научно-информационный портал Винити <http://science.viniti.ru/index.php>
)Официальный сайт Природа Пермского края <http://www.permecology.ru/report2002/08.htm>