2.2. Регулирование речного стока водохранилищами

К водохранилищам относятся искусственные водоемы с объемом более 1 млн м³. Меньший объем имеют искусственные поверхностные и подземные водоемы (пруды, резервуары) для хранения воды, накопления промышленных стоков и охлаждения тепловых и атомных электростанций [2, 10, 31].

Создание водохранилищ направлено на решение следующих задач:

• изменение водного режима рек в интересах водоснабжения, судоходства, гидроэнергетики и других водопользователей посредством суточного, недельного, внутригодового и многолетнего регулирования речного стока;

• выработка электроэнергии на ГЭС;

• защита населения и хозяйственных объектов от последствий прохождения опасно высоких половодий и паводков путем временной аккумуляции избыточных вод [1, 29].

Водохранилища могут оказывать позитивное влияние на состояние окружающей среды. При правильном режиме эксплуатации они могут способствовать:

• улучшению качества речных вод и состояния водных экосистем;

• увеличению биологических ресурсов и развитию рыбного хозяйства;

• смягчению климата прилегающих территорий в аридных условиях.

Возможны и негативные последствия создания водохранилищ:

• затопление обширных территорий с населенными пунктами, сельскохозяйственными угодьями и памятниками культуры;

• уменьшение речного стока за счет дополнительных потерь на испарение;

• уменьшение стока наносов, биогенных и органических веществ за счет их накопления в искусственном водоеме;

• замедление обмена воды в гидрографической сети;

• повышение уровня грунтовых вод и подтопление прилегающих территорий;

• волновой размыв берегов водохранилищ [18, 29].

По морфологическому строению ложа выделяют долинные и котловинные водохранилища. Долинные водохранилища могут быть русловыми и пойменно – долинными, в которых помимо русла затоплена высокая пойма и участки надпойменных террас. К котловинным водохранилищам относятся подпруженные (зарегулированные) озера, затопленные низины, впадины и искусственные выемки (карьеры), отгороженные дамбами от моря заливы, лиманы и лагуны. По способу заполнения водой выделяются запрудные водохранилища за счет образования подпертого плотиной водотока, и наливные водохранилища, образованные за счет подачи воды из расположенного рядом водоема или водотока. По географическому положению выделяют горные, предгорные, равнинные и морские водохранилища. Небольшие водохранилища с площадью менее 1 км² называются прудами. К малым относятся водохранилища с площадью до 2 км² и объемом менее 0,1 км³. Крупные водохранилища имеют площадь более 5000 км² [1, 18, 29]. На обложке изображена плотина Братского гидроузла с напором 106 м на р. Ангара. Образованное этой плотиной одноименное водохранилище было заполнено в 1961 – 67 гг. и осуществляет многолетнее регулирование стока. При нормальном подпорном уровне оно имеет объем 169 км³, площадь водной поверхности 5470 км², полезный объем 35,4 км³ и амплитуду колебаний уровня воды 7 м.

К настоящему времени во всем мире имеется около 3000 водохранилищ с объемом более 0,1 км³. Их суммарная площадь превышает 600 тыс. км², суммарный объем составляет около 6300 км³, полезный объем превышает 3000 км³. На территории России имеется более 100 водохранилищ с объемом более 0,1 км³. Их суммарная площадь превышает 100 тыс. км², суммарный объем составляет около 810 км³, полезный объем – около 340 км³. Характеристики крупнейших по объему водохранилищ приведены в табл. 2.1 [6, 18].

Таблица 2.1

Общая характеристика крупнейших водохранилищ мира

Самые высокие плотины мира приурочены к горным районам (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Самые высокие плотины мира [6]

Период наиболее активного строительства плотин и водохранилищ пришелся на 50 – 70-е годы прошлого века. Крупнейшим гидротехническим проектом последних лет является китайский проект «Три Ущелья» (Санься), расположенный на р. Янцзы в провинции Хубэй близ города Саньдоупин. Его строительство было начато в 1992 г. и завершено в 2011 г. По данным ИНТЕРНЕТ – источников при создании водохранилища было затоплено 27 820 га обрабатываемых земель и уже переселено около 2 млн человек. В гидроузел «Три Ущелья» входят:

• бетонная плотина длиной 2309 м и высотой 185 м;

• левобережное приплотинное здание ГЭС с 14 гидроагрегатами;

• правобережное приплотинное здание ГЭС с 12 гидроагрегатами;

• правобережное подземное здание ГЭС с 6 гидроагрегатами;

• судоходный шлюз для грузовых судов (время прохода 4 часа);

• судоподъемник для пассажирских судов( время подъема 30 минут).

Напорные сооружения гидроузлов ГЭС образуют водохранилище площадью 1045 км² и полезным объемом 22 км³. Водохранилище может срабатываться от отметки нормального подпорного уровня 175 м до отметки уровня мертвого объема 145 м. Самая крупная ГЭС мира имеет установленную мощность 22 400 МВт и включает размещенные в трех залах 32 турбины с номинальной мощностью 700 МВт каждая. Максимальный расчетный расход воды в нижний бьеф равен 118 тыс. м³/с.

Регулирование стока р. Янцзы позволит:

• защитить густонаселенные районы среднего и нижнего течения Янцзы от губительных наводнений, которые за последнее столетие стали причиной гибели около полумиллиона человек;

• увеличить объем переброски стока из р. Янцзы в р. Хуанхэ и тем самым существенно увеличить площади орошаемых земель на севере Китая;

• улучшить условия судоходства и в десять раз увеличить объем перевозок речным транспортом.