1.2 Водохранилища и их отличия от других типов водоемов

Из всего многообразия преобразующей деятельности человека как по своим масштабам, так и по значению в глобальных экологических системах планеты особо выделяются два процесса: освоение новых территорий для сельскохозяйственного производства, промышленного и гражданского строительства и преобразование речного звена гидросферы на огромных пространства суши путем гидротехнического строительства.

Гидротехническое строительство осуществляется на всех континентах планеты. Водохранилища - ключевые, базовые элементы гидротехнических и водохозяйственных систем любого ранга, поскольку именно они позволяют осуществить регулирование водных ресурсов, преобразование гидросферы в желаемом для общества направлении. Водохранилищами, по мнению авторов (Авакян, Савушкин, Шарапов), следует считать искусственно созданные долинные, котловинные и естественные озерные водоемы с замедленным водообменом, полным объемом более 1 млн. м3, уровенный режим которых постоянно регулируется и контролируется гидротехническими сооружениями в целях накопления и последующего и использования запасов вод для удовлетворения хозяйственных и социальных потребностей. (Вендров, 1970)

Водохранилища - управляемые объекты. Основные их параметры (объём, площадь, место расположения, режим регулирования) и многие другие характеристики определяются человеком на стадии проекта; в составе гидроузлов есть специальные технические системы, сооружения и устройства (гидротурбины, водосборные отверстия с затворами), позволяющие изменять объем и уровень воды в водохранилище.

Водохранилища следует рассматривать как природно-технические системы. Учет взаимодействия их природной и технической подсистем может существенно увеличить возможности рационального и комплексного использования водохранилищ, а игнорирование - привести к значительным потерям. Управляя технической подсистемой водохранилища, человек может вызвать развитие таких процессов и явлений в природной подсистеме, которые он не в состоянии предотвратить или их преодоление требует больших затрат материальных и трудовых ресурсов. Непосредственно и полностью человек управляет только запасами воды, а экосистемой и геосистемой водохранилища - частично и косвенно.

Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды - сработкой водохранилища. Как наполнение водохранилища, так и его сработка производятся всегда до более или менее определенных уровней. Различают несколько характерных уровней, главный из них - нормальный подпорный уровень (НПУ) и уровень мертвого объема (УМО). (НПУ) - наивысший проектный уровень верхнего бьефа, выше которого подъем уровня в водохранилище, не допускается. (УМО) - минимальный уровень водохранилища при сработке его полезного объема, допустимый в условиях нормальной эксплуатации водохранилищ. Также выделяют форсированный подпорный уровень (ФПУ). Он выше (НПУ) и допустим при пропуске стоков половодий и паводков редкой повторяемости. (Богатырев, 1958)

При создании водохранилищ происходят многообразные изменения природных и хозяйственных условий на территориях прилегающих к новому водоему и на удаленных от него вниз по течению. Масштабы, глубина и направленность изменений определяются размерами нового водоема и своеобразием природных условий района, в котором он находится.

Водохранилищам присуща особая система внутриводоемных процессов. Свойственные им гирологические, гидрофизико-химические гидробиологические процессы не идентичны тем, которые наблюдаются в озёрах, реках и каналах. Ведущими факторами, определяющими специфику взаимосвязанных и взаимообусловленных внутриводоёмных процессов в водохранилищах, служат водообмен и уровенный режим водоема.

Все эти факторы и отличают условия развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от тех, которые характерны для рек и озер. Это проявляется в том, что в водохранилищах создаются зоны направленного движения воды к плотине, и образуются зоны водоворотных циркуляций.

Процессы трансформации вещества и энергии в водохранилищах имеют другие масштабы, направленность, длительность и интенсивность, чем в озерах и реках. Это выражается в показателях качества воды, в структуре и продуктивности водных экосистем. Водохранилища можно рассматривать как своеобразные огромные преобразователи и аккумуляторы вещества и энергии, но они не автономны, как ,например, озера. Рекам, наоборот, свойственен поточный механизм преобразования вещества и энергии.

Этот накопительный эффект водохранилищ имеет как положительное (осветление воды, снижение её цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательное значение (уменьшение самоочищающей способности воды, образование застойных зон, большее, чем в реках, прогревание воды, и как следствие - евтрофирование новых водоемов).

Главная цель создания водохранилищ - регулирование стока. Оно делается в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.