Водный режим водохранилищ

Водный баланс водохранилищ, так же как и водный баланс озер, может быть охарактеризован уравнением (7.3), а в среднем для многолетнего периода — уравнением (7.6).

Характерная черта структуры водного баланса водохранилищ — преобладание притока речных вод в приходной и преобладание стока вод в расходной части уравнения водного баланса. На долю осадков в большинстве случаев приходится лишь 2—3% прихода вод, на долю испарения — обычно не более 10% расхода вод. Основная причина этого — весьма большие значения величины удельного водосбора j для большинства водохранилищ. Так, величины К_х и K_z определенные по формулам (7.9) и (7.10), равны для водохранилищ: Куйбышевского — соответственно 1 и 1%, Красноярского — 1 и 1%, Братского — 2 и 2%, Цимлянского — 5 и 9%.

Исключение составляют лишь либо очень большие водохранилища, либо водохранилища, расположенные в районах с весьма значительными величинами осадков и испарения. Так, в очень крупном водохранилище Вольта в Гане на долю осадков приходится 22% приходной части водного баланса (величина осадков 1400 мм), а на долю испарения — 25% расходной части водного баланса (испарение с поверхности водохранилища 1570 мм). Велико значение коэффициента K_z и для водохранилищ Насер на р. Ниле (K_z = 13%, z _вдхр = 2000 мм), Кариба на р. Замбези (K_z = 14%, z _вдхр = 1670 мм), Лейк-Мид на р. Колорадо (K_z= 10 %, z _вдхр = 2100мм). Все три последних водохранилища расположены в условиях весьма засушливого климата.

Для водохранилищ, расположенных в условиях избыточного и достаточного увлажнения, Y _np <Y _ст, т. е. ниже водохранилища происходит некоторое увеличение речного стока. Наоборот, в условиях недостаточного увлажнения Y _np> Y _ст, и в водохранилищах теряется часть стока, причем тем больше, чем больше величина z _вдхр – x _вдхр и площадь водохранилища.

Интенсивность водообмена для водохранилищ обычно больше, чем для озер. Поскольку роль местных осадков и испарения в водном балансе большинства водохранилищ невелика, значения коэффициента условного водообмена, рассчитанные по формуле (7.14), для водохранилищ обычно значительно больше, чем для озер, что объясняется меньшими объемами искусственных водоемов. Для большинства водохранилищ России значения К _внаходятся в пределах 0,3—10, т.е. период условного обновления вод в этих водохранилищах составляет приблизительно от 3 лет до 1 месяца. Наи­большие коэффициенты условного водообмена для наиболее крупных водохранилищ мира составляют: Насер — 0,5—0,6; Вольта — 0,3—0,4, Кариба — 0,3, Братское — 0,5 (вода в этих водохранилищах обновляется, таким образом, приблизительно за 2—3 года).

Как показал М.А. Фортунатов, для более детальной оценки характера водообмена в водохранилищах необходимо коэффициенты условного водообмена К _ви периоды условного водообмена τ_в рассчитывать отдельно для полного и полезного объемов водохра­нилища. Для полезного объема величина К _вбольше, а τ_в меньше, чем для полного.

Колебания уровня воды в водохранилищах в основном являются следствием искусственно регулируемого процесса наполнения и сработки водохранилища (рис. 8.3) и могут быть оценены с помощью полного уравнения водного баланса водоема (7.3).

В период наполнения, обычно во время половодья и паводков на реке, уровень воды в водохранилище может подняться на значительную величину (иногда от уровня мертвого объема до нормального подпорного уровня) (см. рис. 8.2). На такую же величину уровень снижается в период сработки водохранилища. В равнинных водохранилищах величина сезонных колебаний уровня составляет обычно 5—7 м, на горных 50—80 м, т.е. она значительно больше, чем на озерах. Велика на водохранилищах и интенсивность сезонных повышений и понижений уровня воды. Существенно меньшие по величине колебания уровня сопутствуют недельному и суточному режиму наполнения и сработки водохранилищ. Наибольшие колебания уровня свойственны нижней зоне водохранилища, в зоне переменного подпора изменения уровня сходны с речными.

Так же как и на озерах, на водохранилищах (особенно на мелководьях) довольно обычны сгонно-нагонные колебания уровня. Для долинных водохранилищ наиболее значительные сгонно-нагонные колебания уровня наблюдаются в тех случаях, когда ветер дует вдоль водохранилища.

Рис. 8.3. Типичный график изменения уровня воды в водохранилище в течение года:

1 — наполнение; 2— сработка полезного объема водохранилища (I—XII — месяцы)

Течения в водохранилищах имеют много общего с течениями в озерах (см. разд. 7.6), но отличаются более сложной пространственной структурой и нестационарным характером. Наиболее сильные течения наблюдаются иногда в затопленных речных руслах, в заливах встречаются застойные зоны. В водохранилищах с большой площадью поверхности, как и в озерах, наблюдаются сильные ветровые течения, во многих водохранилищах — плотностные течения.

Волнение на водохранилищах зависит от их размера. Обычно оно слабее, чем на озерах, но сильнее, чем на реках. На больших водохранилищах высоты волн достигают 2—3 м. Важнейшие последствия ветрового волнения на водохранилищах — вертикальное перемешивание вод, особенно на мелководьях, абразия берегов, ухудшение условий жизнедеятельности макрофитов.