Водохранилище

ВОДОХРАНИЛИЩЕ, водоём, созданный для накопления водных ресурсов на суше в целях их хозяйственного использования и ограничения наводнений. Большинство водохранилищ образовано в долинах водотоков при сооружении гидроузлов, состоящих из плотин и водопропускных устройств различной конструкции (водоводов, водосливов, шлюзов) с затворами, при помощи которых регулируют расход сбрасываемой через гидроузел воды.

Древнейшие питьевые и ирригационные водохранилища, обнаруженные по остаткам плотин, существовали в Египте около 3000 года до нашей эры. Из действующих гидроузлов Хомс - самый старый в мире, сооружён в 1304 году до нашей эры, находится на территории современной Сирии на реке Эль-Аси (Оронт), у г. Хомс, с питьевым водохранилищем объёмом 0,2 км³. В России старейшее водохранилище - Алапаевское, создано на Урале на реке Нейва (при впадении в неё реки Алапаиха) в 1704 году при строительстве металлургического завода.

Водохранилища  создаются для перераспределения стока рек во времени, а в сочетании с каналами и другими водопроводящими устройствами - и по территории. Выделяют водохранилища суточного, недельного, сезонного (или годичного) и многолетнего регулирования. По хозяйственному назначению водохранилища делят на используемые для водоснабжения (коммунально-бытового, промышленного, в их число входят и водохранилища-охладители крупных тепловых и атомных электростанций), гидроэнергетические, ирригационные, транспортные (наряду с каналами в составе судоходных путей), противопаводковые, рекреационные, рыбохозяйственные. Большинство водохранилищ становятся водоёмами комплексного использования несколькими отраслями водного хозяйства. Водохранилища  создаются самых разных размеров, как по площади водного зеркала, так и по объёму.

Развитие гидроэнергетики, ирригации и водного транспорта в 20 веке привело к быстрому увеличению числа крупных водохранилищ (табл.). В мире свыше 60 тысяч водохранилищ, в России свыше 2250.

Естественную ёмкость, в которой аккумулируется вода, называют чашей водохранилища, а её дно - ложем. Водохранилища  пресных вод подразделяются по происхождению ложа на 3 класса: долинные, или речные, водами которых затоплен участок речной долины; котловинные, или озёрные, расположенные в озёрных котловинах, уровень воды в которых поднят плотиной гидроузла (к ним относят также наливные водохранилища, устроенные в низинах, с водой, подаваемой по каналу или трубе из соседнего водного объекта); котловинно-долинные, состоящие из находящегося в подпоре озера и затопленного водой участка долины. В ряде стран созданы немногочисленные морские водохранилища в заливах и эстуариях, отделённые от морей и океанов плотинами приливных гидроэлектростанций.

В проекте каждого водохранилища параметры водоёма и конструктивных элементов гидроузла рассчитываются, исходя из водохозяйственных задач регулирования стока и природных условий (рельефа местности, её геологического строения, почвенно-растительного покрова, климата, многолетних колебаний стока воды, наносов и растворённых веществ). При этом учитывают заселённость и хозяйственную освоенность территории, наличие в её пределах памятников культуры и охраняемых природных объектов. С учётом перечисленных факторов определяются высотные отметки нормального подпорного уровня воды (НПУ), при котором наиболее эффективно использование водных ресурсов; форсированного подпорного уровня (ФПУ), до которого допускается подъём водной поверхности водохранилища в случае непредсказуемо высокого половодья или паводка; уровень проектной сработки (УПС), до которого разрешено понижать водную поверхность водоёма при использовании его водных ресурсов. Запас воды, находящийся под НПУ, называют полным объёмом водохранилища, между НПУ и УПС - полезным объёмом, под которым находится так называемый мёртвый объём, не предназначенный для использования (рис. 1). Часть водохранилища с мёртвым объёмом характеризуется более разнообразной, чем в остальной водной толще, биотой, благодаря обильному бентосу и бентосоядным рыбам, особенно многочисленным в водохранилище. Для обеспечения колебаний уровня воды в заданных пределах рассчитываются экстремальные значения расхода воды через гидроузел. Минимальный санитарный расход требуется для благополучия речной экосистемы в нижнем бьефе гидроузла, а максимальный должен быть таким, чтобы возможно было в любое наводнение предотвратить перелив воды через плотину и её разрушение. Проект строительства водохранилища осуществляется лишь после завершения его экологической, гидротехнической и экономической экспертизы.

Самый большой полный (2760 км³) и полезный (204,8 км³) объёмы имеет водохранилище котловинного класса Виктория, образованное гидроузлом Оуэн-Фолс, построенным в 1954 году в истоке Белого Нила, поднявшим уровень воды в озере Виктория. Среди долинных водохранилищ самое большое по площади водной поверхности (8480 км²) - Вольта с гидроузлом Акосомбо на реке Вольта в Гане, по величине полного объёма - Братское (169,3 км³) на реке Ангара. Крупные проекты осуществимы в малонаселённых регионах. Потребность в регулировании стока в густонаселённых регионах обеспечивается сложными водохозяйственными системами, состоящими из нескольких водохранилищ (рис. 2). В этом случае важнейшими факторами экологического состояния водохранилищ становятся не природные особенности географического положения, а место создаваемого водоёма в реконструируемой гидрографической сети. В таких системах особенно важна роль самых верхних или наиболее крупных водохранилищ как регуляторов сезонных и многолетних колебаний речного стока, обеспечивающих стабильность работы остальных. Такими водоёмами-регуляторами в Волжско-Камском каскаде служат Рыбинское, Камское и Куйбышевское водохранилища.

Гидрологическая особенность всех водохранилищ по сравнению с природными водоёмами - существенно больший размах колебаний уровня воды. Он поднимается в многоводные фазы стока при накоплении водных ресурсов и понижается в маловодные фазы, когда потребление ресурсов на хозяйственные нужды и санитарные попуски превосходят их пополнение меженным стоком. В равнинных водохранилищах такие колебания обычно составляют 7-10 м, в предгорных - 15-30 м, в горах созданы водохранилища с размахом колебаний уровня 50-100 м и более. При сработке полезного объёма воды обсыхают наиболее мелководные участки ложа, а на замерзающих водохранилищах в период ледостава дно мелководий покрывается оседающим ледяным покровом. На равнинных водохранилищах размер таких участков (аква-территорий) в маловодные годы может достигать 30-50% площади ложа водохранилищ при НПУ.

Водохранилища  как регулируемые источники водных ресурсов в хозяйственно освоенных регионах мира имеют экологически важное водоохранное значение. Водохранилища  уменьшают частоту наводнений, площадь, продолжительность и глубину затопления поймы ниже гидроузлов даже во время самых катастрофических половодий или паводков, а также обладают способностью экосистем восстанавливать природные свойства загрязнённых водных ресурсов. Замедление водообмена и расширение водной поверхности на превращённых в водоёмы участках гидрографической сети способствуют многократному увеличению её биологических ресурсов. Процессы жизнедеятельности биоты водохранилищ приводят к окислению органических загрязняющих веществ, ускоряют сорбцию растворённых минеральных и недоокисленных органических веществ на взвесях, их осаждение и захоронение в составе донных отложений. Высшая водная растительность (макрофиты), способствующая очищению воды, служит субстратом для нереста многих видов рыб и наилучшим местообитанием мальков. Для эффективного самоочищения экосистемы водохранилищ и наибольшей её рыбопродуктивности площадь зарослей макрофитов должна составлять 15-20% акватории водоёма. Осушение и промерзание мелководий ведёт к деградации зарослей макрофитов. Для борьбы с этими явлениями необходима реконструкция водохранилищ в многосекционные. В мелководных водоохранных секциях (отделённых дамбами от главной) следует поддерживать НПУ и перед ледоставом сбрасывать воду в главную секцию с частично сработанным полезным объёмом. Такое решение основной экологической проблемы эксплуатации водохранилищ не нарушит оптимальный режим потребления воды и её сброса из водоёма, но увеличит в нём самоочищение и рыбопродуктивность, а также продолжительность эксплуатации верхнего бьефа гидроузла.

При подготовке ложа водохранилищ переносят населённые пункты, а также места захоронения людей и скотомогильники из зоны затопления, проводят санитарно-гигиенические мероприятия. Вывозят отбросы и отходы предприятий или утилизируют их на месте; проводят лесоочистку.

В период эксплуатации водохранилищ ведётся контроль за размещением на их побережье городов и промышленных объектов, за регулированием спуска в водохранилищ сточных вод. В зоне водохранилищ санитарные органы проводят профилактику малярии, туляремии и других заболеваний.

Лит.: Авакян А. Б., Салтанкин В. П., Шарапов В. А. Водохранилища. М., 1987; Эдельштейн К. К. Водохранилища России: экологические проблемы, пути их решения. М., 1998; Вода России. Екатеринбург, 2001. [Т. 6]: Водохранилища.