
- •Isbn 978-5-06-005815-4 © фгуп «Издательство «Высшая школа», 2007
- •Предисловие
- •Введение
- •Вода в природе и жизни человека
- •Водные объекты. Понятие о гидросфере
- •Гидрологический режим и гидрологические процессы
- •Науки о природных водах
- •Методы гидрологических исследований
- •Использование природных вод и практическое значение гидрологии
- •2. В числителе приведено полное, в знаменателе — безвозвратное водопотребление.
- •Глава 1 химические и физические свойства природных вод
- •Вода как вещество, ее молекулярная структура и изотопный состав
- •1.2. Химические свойства воды. Вода как растворитель
- •1.3. Физические свойства воды 1.3.1. Агрегатные состояния воды и фазовые переходы
- •Плотность воды
- •Тепловые свойства воды
- •Некоторые другие физические свойства воды
- •Глава 2 физические основы гидрологических процессов
- •Фундаментальные законы физики и их использование при изучении водных объектов
- •Водный баланс
- •Баланс содержащихся в воде веществ
- •Тепловой баланс
- •Основные закономерности движения природных вод
- •Классификация видов движения воды
- •Расход, энергия, работа и мощность водных потоков
- •Силы, действующие в водных объектах
- •Уравнение движения водного потока
- •Вертикальная устойчивость вод
- •Глава 3 круговорот воды в природе и водные ресурсы земли
- •Вода на земном шаре
- •Современные и ожидаемые изменения климата и гидросферы земли
- •Круговорот теплоты на земном шаре и роль в нем природных вод
- •Круговорот воды на земном шаре
- •И водные ресурсы Земли», 1974)
- •Вод в грунтах
- •Круговорот содержащихся в воде веществ
- •Влияние гидрологических процессов на природные условия
- •Водные ресурсы земного шара, частей света и россии
- •Та блица 3.6. Средние многолетние (1930—2000) водные ресурсы России*
- •Глава 4 гидрология ледников
- •Происхождение ледников и их распространение на земном шаре
- •Типы ледников
- •Образование и строение ледников
- •Питание и абляция ледников, баланс льда и воды в ледниках
- •Режим и движение ледников
- •Роль ледников в питании и режиме рек. Практическое значение горных ледников
- •Глава 5 гидрология подземных вод
- •Происхождение подземных вод и их распространение на земном шаре
- •Физические и водные свойства грунтов. Виды воды в порах грунтов
- •Физические свойства грунтов
- •Виды воды в порах грунта
- •5.2.3. Водные свойства грунтов
- •Классификация подземных вод. Типы подземных вод по характеру залегания
- •Воды зоны аэрации. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона
- •Воды зоны насыщения. Грунтовые воды
- •5.3.5. Другие типы подземных вод
- •Движение подземных вод
- •Водный баланс и режим подземных вод
- •Водный баланс подземных вод
- •5.5.2. Водный режим зоны аэрации
- •Режим грунтовых вод
- •Провинции: а — кратковременного питания, б— сезонного питания, в — круглогодичного питания (I—XII — месяцы)
- •Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Роль подземных вод в питании рек.
- •Практическое значение и охрана подземных вод
- •Глава 6 гидрология рек
- •Реки и их распространение на земном шаре
- •Водосбор и бассейн реки
- •По линии а — б:
- •Сток; 8 — русла рек
- •Морфометрические характеристики бассейна реки
- •Физико-географические и геологические характеристики бассейна реки
- •Река и речная сеть
- •Долина и русло реки
- •Продольный профиль реки
- •Плес; Пр — перекат
- •Питание рек
- •Виды питания рек
- •Классификация рек по видам питания
- •Расходование воды в бассейне реки
- •Водный баланс бассейна реки
- •Уравнение водного баланса бассейна реки
- •Структура водного баланса бассейна реки
- •Водный режим рек
- •Виды колебаний водности рек
- •1 Числитель — данные за 1942—1955 гг., знаменатель — за 1956—1969 гг. 2 Данные за 1941— 1967 гг. 3 Данные за 1968—1987 гг. Прочерк означает отсутствие данных.
- •Фазы водного режима рек. Половодье, паводки, межень
- •Расчленение гидрографа по видам питания
- •Классификация рек по водному режиму
- •Типы: а — дальневосточный (р. Витим, г. Бодайбо, 1937 г.); 6 — тянь-шанский (р. Терек, с. Казбеги,
- •1937 Г.) (I—XII — месяцы)
- •Речной сток
- •Составляющие речного стока
- •Факторы и количественные характеристики стока воды
- •Пространственное распределение стока воды на территории снг
- •Движение воды в реках
- •Распределение скоростей течения в речном потоке
- •Динамика речного потока
- •Закономерности трансформации паводков
- •Движение речных наносов
- •Происхождение, характеристики и классификация речных наносов
- •Частиц, мм 1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001
- •Движение влекомых наносов
- •Движение взвешенных наносов
- •Сток наносов
- •И связи между ними (б):
- •Русловые процессы
- •Физические причины и типизация русловых процессов
- •Микроформы речного русла и их изменения
- •Мезоформы речного русла и их изменения
- •Макроформы речного русла и их изменения
- •Деформации продольного профиля русла
- •Устойчивость речного русла
- •Термический и ледовый режим рек 6.12.1. Тепловой баланс участка реки
- •Ледовые явления
- •Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек
- •Гидрохимический режим рек
- •Гидробиологические особенности рек
- •Устья рек
- •Факторы формирования, классификация и районирование устьев рек
- •С блокирующей косой
- •Особенности гидрологического режима устьевого участка реки
- •Особенности гидрологического режима устьевого взморья
- •Практическое значение рек. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек
- •Практическое значение рек и типизация хозяйственных мероприятий, влияющих на речной сток
- •Влияние на речной сток хозяйственной деятельности на поверхности речных бассейнов
- •Влияние на речной сток хозяйственной деятельности, связанной с непосредственным использованием речных вод
- •2 4 6 8 1012141618202224 Часы
- •6.15.4. Гидролого-экологические последствия антропогенных изменений стока рек
- •Глава 7 гидрология озер
- •7.1. Озера и их распространение на земном шаре
- •Профиль берега
- •Водный баланс озер
- •Уравнение водного баланса озера
- •Структура водного баланса озера
- •Водообмен в озере
- •Колебания уровня воды в озерах
- •Термический и ледовый режим озер
- •Тепловой баланс озер
- •Термическая классификация озер
- •Термический режим озер в условиях умеренного климата
- •Ледовые явления на озерах
- •Основные особенности гидрохимических и гидробиологических условий. Донные отложения озер
- •Гидрохимические характеристики озер
- •Гидробиологические характеристики озер
- •Наносы и донные отложения в озерах
- •Водные массы озер
- •Изменения гидрологического режима каспийского и аральского морей
- •Проблемы, связанные с судьбой Каспийского и Аральского морей
- •Каспийское море
- •Влияние озер на речной сток. Хозяйственное использование озер
- •Глава 8 гидрология водохранилищ
- •Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре
- •Типы водохранилищ
- •Основные характеристики водохранилищ
- •Водный режим водохранилищ
- •Термический и ледовый режим водохранилищ
- •Гидрохимический и гидробиологический режим водохранилищ
- •Заиление водохранилищ и переформирование их берегов
- •Водные массы водохранилищ
- •Влияние водохранилищ на речной сток и окружающую природную среду
- •Глава 9 гидрология болот
- •Происхождение болот и их распространение на земном шаре
- •Типы болот
- •Строение, морфология и гидрография торфяных болот
- •Развитие торфяного болота
- •Фазы: 7 —низинная; 2—переходная; 3— 6— верховая;
- •Водный баланс и гидрологический режим болот
- •Влияние болот и их осушения на речной сток. Практическое значение болот
- •Глава 10 гидрология океанов и морей
- •Мировой океан и его части. Классификация морей
- •Происхождение, строение и рельеф дна мирового океана. Донные отложения
- •Происхождение ложа океана
- •Рельеф дна Мирового океана
- •Донные отложения
- •Водный баланс мирового океана
- •Солевой состав и соленость вод океана
- •Солевой состав вод океана
- •Распределение солености в Мировом океане
- •Термический режим мирового океана
- •Тепловой баланс Мирового океана
- •Распределение температуры в Мировом океане
- •2,7 3,8 5,5 4,4 2,9 2,2 Южное полушарие
- •Факторы, определяющие плотность морской воды
- •Распределение плотности в Мировом океане
- •Морские льды
- •Ледообразование в море
- •Физические свойства морского льда
- •Движение льдов
- •10.7.4. Ледовитость океанов и морей
- •Оптические свойства морской воды
- •Акустические свойства морской воды
- •Волны зыби
- •Деформация волн у берега
- •Волны цунами
- •Внутренние волны
- •Приливы
- •Основные элементы приливов
- •Приливообразующая сила
- •Статическая и динамическая теории приливов. Строение приливной волны и приливные течения
- •Разложение уравнения приливной волны. Гармонические постоянные. Таблицы приливов
- •Приливы в ограниченном водоеме. Сейши
- •Морские течения
- •10.12.1. Силы, формирующие течения. Классификация морских течений
- •Теория ветровых течений
- •Течение
- •Плотностные течения
- •Циркуляция вод в Мировом океане
- •Уровень океанов и морей
- •Кратковременные колебания уровня
- •Сезонные колебания уровня
- •Водные массы океана
- •Основы учения о водных массах
- •Основы г, s-анализа водных масс
- •Водные массы Мирового океана
- •Взаимодействие океана и атмосферы. Океан и климат
- •Ресурсы мирового океана и его экологическое состояние
- •Ресурсы Мирового океана
- •Литература Основная
- •Богословский б. Б. И др. Общая гидрология,— ji.: Гидрометеоиздат, 1984,—356 с.
- •VI Всероссийский гидрологический съезд. 28 сентября — 1 октября 2004 г. Санкт- Петербург. Тезисы докладов. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004.
- •Типы рек
Глава 8 гидрология водохранилищ
Водохранилище — это искусственный водоем, созданный для накопления и последующего использования воды и регулирования стока.
Водохранилища стали сооружать еще в глубокой древности для обеспечения водой населения и сельского хозяйства. Одним из первых на Земле считают водохранилище с плотиной Садд-эль-Кафара, созданное в древнем Египте в 2950—2750 гг. до н. э. В XX в. водохранилища стали сооружать повсеместно. В настоящее время их на земном шаре более 60 тыс.; ежегодно в строй вступает несколько сот новых водохранилищ. Общая площадь всех водохранилищ мира более 400 тыс. км2, а с учетом под- пруженных озер — 600 тыс. км2. Суммарный полный объем водохранилищ достиг почти 6,6 тыс. км3. Многие реки земного шара — Волга, Днепр, Ангара, Миссури, Колорадо, Парана и другие — превращены в каскады водохранилищ. Через 30—50 лет водохранилищами будет зарегулировано Уз речных систем земного шара.
Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре
Приблизительно 95 % объема всех водохранилищ мира сосредоточено в крупных водоемах с полным объемом более ОД км3. В настоящее время таких водохранилищ более 3000 (табл. 8.1). Большинство из них расположено в Азии и Северной Америке (по 31 %), а также в Европе (20 %).
По расчетам РосНИИВХа, в России сейчас насчитывается ЮЗ крупных водохранилища объемом более 0,1 км3 каждое. Их суммарный полезный объем и площадь равны соответственно 339 км3 и 101 тыс. км2. Всего же в России, по оценкам К. К. Эдельштейна (1998), более 2 тыс. водохранилищ.
Интересно проследить изменение количества и объема крупных водохранилищ мира в XX в. (см. табл. 8.1). В начале века таких водохранилищ было всего 41, а их суммарный объем не достигал и 14 км3. Наиболее интенсивное сооружение водохранилищ происходило
Таблица
8.1. Изменение
количества (числитель) и полного объема
(км3)
(знаменатель) крупных (более 0,1 км3)
водохранилищ мира*
Часть
света
До
1900
1901
— 1950
1951
— 1960
1961
— 1970
1971
— 1980
1981
— 1990
1991
— 2000
Всего
Северная
Америка
25
342
178
216
113
34
23
931
8,4
344,7
254,4
534,0
339,0
176,9
24,1
1681,5
Центральная
и
1
22
30
54
88
51
34
280
Южная
Америка
0,3
8,8
28,8
96,9
251,5
349,1
159,8
895,2
Европа
9
104
113
172
94
76
35
603
3,3
121,7
175,0
189,4
103,6
49,3
14,3
656,6
Азия
5
47
161
215
222
138
149
937
1,7
17,9
293,6
640,0
484,1
321,5
226,3
1985,1
Африка
1
15
21
24
57
52
15
185
0,1
15,0
381,1
364,4
173,7
56,6
25,2
1016,1
Австралия
и
10
21
18
27
12
2
90
Новая
Зеландия
10,6
20,1
15,5
42,4
5,9
0,45
95,0
Всего
в
мире
41
540
524
699
601
363
258
3026
13,8
518,7
1153,0
1840,2
1394,3
959,3
450,2
6329,5
*
По данным А. Б. Авакяна.
в послевоенные годы, в 80—90-е годы крупных водохранилищ стали строить меньше.
Данные о наиболее крупных по объему и площади водохранилищах земного шара приведены в табл. 8.2. Самую большую площадь имеет водохранилище Вольта, а из подпруженных озер — Виктория. Водохранилище Виктория имеет также самый большой объем. Наиболее крупные по объему водохранилища России — Братское, Красноярское, Зейское, а по площади — Куйбышевское и Рыбинское. В 90-х годах XX в. на земном шаре было сооружено еще несколько крупных водохранилищ, не упомянутых в табл. 8.2. Так, по данным А. Б. Авакяна и В. Б. Яковлевой (1997), в Южной Америке были построены водохранилища Сан-Феликс с полным объемом 54,4 км3, Урра-1 (34,3 км3), Ронкадор (33,6 км3), Илья Гранде (30,0 км3).
Сооружение водохранилищ — пример техногенного вмешательства в природу в условиях неравномерного естественного распределения водных ресурсов в пространстве и особенно во времени. Водохранилища решают целый ряд важнейших социально-экономических задач, удовлетворяя потребности человека в воде или защищая его от водной стихии.
Накопленную в водохранилищах воду используют для орошения и обводнения земель, водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, санитарных промывок речных русел, улучшения судоходных условий ниже по течению в маловодный период года и т. д. С помощью водохранилищ регулируют речной
|
|
|
Объем, км3 |
Площадь, км2 |
|
|
||
Водохранилище |
Страна |
Река, озеро |
пол ный |
полез ный |
полная |
в том числе подпру- женного озера |
Напор, м |
Год запол нения |
Виктория |
Уганда, |
Виктория |
205 |
205 |
76 000 |
68 000 |
31 |
1954 |
(Оуэн-Фолс) Братское |
Танзания, Кения Россия |
Нил, оз. Виктория Ангара |
169 |
48,2 |
5470 |
|
106 |
1967 |
Кариба |
Замбия, |
Замбези |
160 |
46,0 |
4450 |
— |
100 |
1963 |
Насер (Садд- |
Зимбабве Египет, |
Нил |
157 |
74,0 |
5120 |
|
95 |
1970 |
эль-Аали) Вольта |
Судан Гана |
Вольта |
148 |
90,0 |
8480 |
|
70 |
1967 |
Красноярское |
Россия |
Енисей |
73,3 |
30,4 |
2000 |
— |
100 |
1967 |
Зейское |
Россия |
Зея |
68,4 |
32,1 |
2420 |
— |
98 |
1974 |
Усгь-Илимское |
Россия |
Ангара |
59,4 |
2,8 |
1870 |
— |
88 |
1977 |
Куйбышевское |
Россия |
Волга |
58,0 |
34,6 |
5900 |
— |
29 |
1957 |
Байкальское |
Россия |
Ангара, |
47,6 |
46,6 |
32 970 |
31 500 |
30 |
1959 |
(Иркутское) Вилюйское |
Россия |
оз. Байкал Вилюй |
35,9 |
17,8 |
2170 |
|
68 |
1972 |
Волгоградское |
Россия |
Волга |
31,4 |
8,2 |
3115 |
— |
27 |
1960 |
Онтарио |
Канада, |
Св. Лаврентия |
29,9 |
29,9 |
19 560 |
19 500 |
23 |
1958 |
(Ирокуэй) Саяно-Шушен- |
США Россия |
оз. Онтарио Енисей |
29,1 |
14,7 |
633 |
|
220 |
1987 |
ское Рыбинское |
Россия |
Волга |
25,4 |
16,7 |
4550 |
|
18 |
1949 |
Цимлянское |
Россия |
Дон |
23,6 |
11,5 |
2700 |
— |
26 |
1953 |
Колымское |
Россия |
Колыма |
14,6 |
6,5 |
440 |
— |
117 |
1983 |
Онежское |
Россия |
Свирь, |
13,8 |
13,1 |
9930 |
9700 |
17 |
1952 |
(Верхнесвир- ское) Саратовское |
Россия |
оз. Онежское Волга |
12,4 |
1,8 |
1830 |
|
15 |
1968 |
Камское |
Россия |
Кама |
12,2 |
9,2 |
1915 |
— |
21 |
1956 |
* Данные по А. Б. Авакяну, В. Р. Салтанкину, В. А. Шарапову (1987).
сток для гидроэнергетики, с целью предотвращения наводнений. Водоемы используют также для рыбного хозяйства, водного транспорта, рекреации (отдыха людей), водного спорта.
Гидрологическим режимом водохранилищ управляет человек, который выбирает заранее нужные параметры водоема и технические приемы его эксплуатации. Многие черты гидрологического режима водохранилищ определяются хозяйственными потребностями и регулируются. Вместе с тем искусственно созданные водоемы начинают участвовать в круговороте воды в речных системах, оказываются под влиянием комплекса природных факторов и подчиняются закономерностям, свойственным естественным водным объектам — рекам и особенно озерам.
Водохранилища — своеобразные водные объекты, новый природно-техногенный компонент ландшафта. Они преобразуют режим рек, влияют (иногда — неблагоприятно) на окружающую среду. Потребности практики заставляют изучать режим водохранилищ, разрабатывать стратегию рационального управления ими, принимать меры по предотвращению некоторых негативных последствий сооружения этих водоемов. Поэтому вполне правомочно говорить о возникновении нового раздела гидрологии — гидрологии водохранилищ.