1.2.1 Водохранилища: общие положения, типы и параметры

Водохранилищем называется искусственный водоем, образованный водонапорным сооружением в целях хранения воды и регулирования стока специальными сооружениями. Общий объем водохранилищ мира составляет примерно 6000 км³. Общее их число достигает 30 тыс. Ежегодно появляется до 500 новых водохранилищ.

Наиболее важные особенности водохранилищ: их следует рассматривать как сложные природно-технические комплексы; они воздействуют на окружающую среду с возможными как благоприятными, так и неблагоприятными последствиями; им присущи все наблюдаемые внутриводоемные процессы – гидрологические, гидрофизико-химические и гидробиологические; при них формируются водохозяйственные комплексы (ВХК) – отрасли народного хозяйства, предъявляющие различные, часто противоречивые требования к использованию водохранилищ [3].

Более 30 тыс. водохранилищ земного шара, эксплуатируемых в настоящее время, существенно различаются между собой по параметрам, режимным характеристикам, направлению хозяйственного использования и воздействию на окружающую среду. В основу типизации водохранилищ может быть положен, прежде всего, признак генезиса, указывающий на способ их образования:

· водохранилища в долинах рек, перегороженных плотинами;

· наливные водохранилища;

· зарегулированные озера;

· водохранилища в местах выхода грунтовых вод и в карстовых районах;

· водохранилища прибрежных участков моря и эстуариев [3, 4].

В зависимости от рельефа местности различают водохранилища равнинных, предгорных, плоскогорных и горных областей. В зависимости от геометрических параметров водохранилища подразделяются по объему и площади зеркала (табл. 6) и по глубине: исключительно глубокие (более 200 м); очень глубокие (100-200 м); глубокие (50-99 м); средней глубины (20-49 м); неглубокие (10-19 м); мелководные (менее 10 м). Наиболее глубокие: Нурекское (глубиной около 300 м) и Рогунское ( глубиной более 300 м) [3].

Таблица 1 - Классификация водохранилищ по размерам

Водохранилища могут быть в виде крытых резервуаров, открытых бассейнов типа прудов-копаней, лиманов, и водоемов, образованных плотинами. Крытые резервуары, открытые бассейны и лиманы обычно отличаются незначительным объемом. Плотинные водохранилища отличаются значительным объемом и возможностью сезонного и многолетнего регулирования стоков.

Водохранилище плотинного типа имеет следующие элементы: плотина, водозаборные сооружения для изъятия необходимого количества воды, водосбросные устройства для сбросов излишков воды, устройства для промыва насосов при значительном количестве последних [5]. Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды – сработкой водохранилища. Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). На нормальный подпорный уровень рассчитываются как сооружения инженерной защиты, так и все промышленные, транспортные и другие сооружения, располагающиеся на берегах водохранилища. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, а находящийся ниже УМО, называется мертвым. При паводке редкой повторяемости (раз в сто, тысячу или десять тысяч лет), уровни воды на всем водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину. Одновременно увеличивается пропускная способность гидроузла. Подъем уровня выше НПУ в период прохождения высоких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водохранилища, а сам уровень – форсированным подпорным (ФПУ), или катастрофического паводка [4].

Для выполнения водохозяйственных расчетов требуется наличие топографической (кривая зависимости площадей зеркала водохранилища от его наполнения), объемной и экономической (изменение стоимости водохранилища с изменением глубины) характеристик водохранилища, составляемых после окончательного определения местоположения плотины [6].