15.4. Водохранилища

Водохранилища – искусственные водоемы с объемом воды более 1 млн м³, образованные в долинах рек в результате накопления воды перед плотиной. Они перераспределяют (регулируют) речной сток во времени: как по сезонам, так и в многолетнем разрезе. На крупных реках создаются каскады водохранилищ, причем наиболее оптимальные условия для функционирования всей речной системы создаются тогда, когда подпор нижнего водохранилища достигает водохранилища, расположенного выше по течению (Волго-Камский каскад, Ангарский, Днепровский и др.). Малые водоемы, создаваемые в долинах ручьев и балках, называются прудами, а в искусственных котлованах – копанями.

Участок реки выше плотины, на который распространяется влияние водохранилищ (включая их самих), называется верхним бьефом, участок реки с измененными характеристиками морфологии и стока ниже плотины – нижним бьефом.

По форме в плане и по строению котловины водохранилища делят на речные и озерные. Речные образуются в результате затопления долин рек (например, Саяно-Шушенское), озерные – при затоплении не только речных долин, но и прилежащих к ним водораздельных пространств (например, Рыбинское) и подтопления существующих озер (например, Иркутское, включающее в себя озеро Байкал, уровень которого искусственно повышен на 2 м).

У водохранилищ двойственная природа: они совмещают в себе черты рек и озер. С рекой их сближает поступательное движение воды, с озером – замедленный водообмен. В крупных водохранилищах выделяют три части. Нижняя – приплотинная, самая глубокая, по режиму наиболее близка к озеру: здесь течение слабое, наблюдается расслоение водной толщи по температуре. Средняя обладает промежуточным режимом. Верхняя – наиболее мелководная, по режиму чаще напоминает реку, так как озерный режим здесь устанавливается только в период полного заполнения водохранилища на максимальную высоту; ее называют зоной переменного подпора.

Водохранилища обладают рядом особенностей: 1) они испытывают значительные изменения уровня воды в течение года, но связаны эти колебания не с природными факторами, а с искусственным регулированием стока – накоплением и сбросом вод; 2) проточность вод приводит к меньшему нагреву воды, чем в озерах; мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные – позже, чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек; 3) минерализация вод водохранилищ больше, чем у рек, особенно в жарком поясе, где велико испарение; 4) у водохранилищ происходит интенсивная деформация береговой зоны ветровыми волнами, преобразование крутых берегов идет по абразионному типу, пологих – по аккумулятивному; 5) интенсивная аккумуляция наносов приводит к заилению водохранилищ: на горных реках они заиливаются быстро – за десятки лет вследствие обильного стока наносов, на равнинных реках дольше – за сотни лет.

Ниже водохранилищ полностью меняется тепловой режим рек. Из крупных и глубоких водохранилищ в нижний бьеф, как правило, сбрасываются глубинные слои воды с температурой, близкой к +4 °С. В результате ниже плотин температура воды в реках на большом расстоянии летом оказывается значительно меньше нормы, что делает невозможным купание в них, а зимой в умеренном климате – выше нормы, из-за чего там образуются протяженные полыньи.

В настоящее время на земном шаре эксплуатируется более 40 тыс. водохранилищ. Суммарная площадь их водного зеркала составляет около 400 тыс. км³. Самое большое по площади водохранилище – Вольта на реке Вольта в Западной Африке – 8480 км², самое большое по объему воды (169,3 км³) – Братское водохранилище, самое глубокое (61 м) – Боулдер-Дам на реке Колорадо.

Водохранилища создаются обычно для многих целей; в первую очередь это энергетика, так как ГЭС вырабатывают большое количество дешевой и относительно чистой в экологическом отношении электроэнергии. Благодаря регулированию стока уменьшается риск наводнений и поддерживается экологически необходимый уровень рек в течение меженного периода, что позволяет осуществлять бесперебойное круглогодичное водоснабжение, орошение, обводнение территорий. Каскады водохранилищ на реках обеспечивают работу единых глубоководных транспортных магистралей. Водохранилища – зоны отдыха, рыболовства, рыбоводства, разведения водоплавающей птицы. Нетрудно заметить, что, хотя все перечисленные задачи относятся к разным областям деятельности человека, их решение может осуществляться только в комплексе, при учете взаимных требований, и в первую очередь требований экологии. К сожалению, наряду с положительным значением водохранилища вызывают нежелательные, но неизбежные последствия: выше плотин – это затопление земель, прежде всего богатых пойменных лугов; подтопление лесов, сельскохозяйственных угодий, городских территорий; заболачивание земель выше плотины в зоне влияния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; ухудшение качества воды в водохранилищах из-за снижения естественной самоочищающей способности и избыточного развития сине-зеленых водорослей, что пагубно для обитающих в воде живых организмов. В нижних бьефах, наоборот, происходит врезание рек, вызывающее ухудшение условий водоснабжения и судоходства; уровни грунтовых вод и частота затопления пойм снижаются, что приводит к остепнению пойм и потере их урожайности. Плотины водохранилищ препятствуют нересту рыбы, причиняя ущерб рыбоводству, и т. д. Крупные водохранилища оказывают влияние на климат прибрежных территорий, аналогичное влиянию озер.