2.1. 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:

• Долинные, ложем служит часть речной долины;

• 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.):

1. По расположению в природных (широтных) зонах:

• Водохранилища полярных областей

• Водохранилища умеренных широт

• Водохранилища аридных областей

2. По расположению в природных (высотных) зонах:

• Водохранилища равнин

• Водохранилища плоскогорных областей

• Водохранилища предгорных областей

• Водохранилища горных областей

• Водораздельные водохранилища

По типу водных объектов:

• Речные

• Озерные

• Озерно-речные

• Образованные в приспособленных естественных отрицательных 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)

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.

2.2. 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" (1957). И. А. Кибальчич.

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.

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.

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.

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. Богатырев В. В., Инженерная защита в зонах водохранилищ крупных гидроэлектростанций, М.—Л., 1958

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.

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:

• большая крутизна склонов;

• поступление по трещинам в массив атмосферных осадков, что приводит к уменьшению прочностных свойств грунта;

• наличие поверхности раздела, по которой возможны смещения суглинков и глин по кровле коренных пород;

• наличие подземных и поверхностных вод, разгружающихся в водохранилищах;

• колебания уровня воды водохранилищ;

• волновой 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.

В районе Полазны на водохранилище расположены нефтяные вышки Полазненского нефтепромысла, которые возвышаются над водой на специальных островных сооружениях.