Оценка изменения стока в зарегулированной реке

По-иному следует выполнять ориентировочную оценку трансформации речного стока в PC, где имеется показанная на экономической карте крупная ГЭС (их каскад), а в Атласе мира [16] соответствующее водохранилище. Тогда по карте этого атласа возможна ориентировочная оценка длины долинного водохранилища L, площади его акватории F0 (в км2) с учетом масштаба карты, а затем по формуле W0 = 0,004 Fq1,2 и его объема (в км3) [14]. Эти параметры для самых больших водохранилищ долинного и озерного класса содержатся в разделах монографии [1], посвященных фонду водохранилищ в соответствующей стране, или в таблицах приложения, либо в пятитомном международном справочном издании «Data Book of World Lake Environments — A Survey of state of World Lakes»: ILEC/UNEP, 1993.

Допустим, что водохранилище в рассматриваемой PC расположено в Восточной Бразилии и имеет при НПУ F₀ = 4500 km², W₀ = 35 км³ и L = 290 км. Как и в рассмотренном выше примере, оценка роли водохранилища в качестве очага трансформации речного стока начинается также с нанесения на выкопировку рассматриваемого речного бассейна границы водосбора водохранилища и определения размеров площадей водосборов всего речного бассейна и входящего в него водосбора водохранилища А₃. Пусть в этом примере их значения составят А_?с = 595 тыс. км² и А₃ = 505 тыс. км², а средневзвешенная величина стока с нее воды в водохранилище (вычисленная так же, как для водосбора площадью А ₂ в предшествующем примере) пусть будет = 71 мм/год. Следовательно, средний годовой объем притока воды в водохранилище V₃ = 36 км³/год. Затем по карте осадков и карте испаряемости Атласа МВБ интерполяцией между их изолиниями для геометрического центра акватории водохранилища определяются средние многолетние величины слоя осадков х₀ = 550 мм/год, выпадающих на эту акваторию, и испарения воды с нее Zo = 1700 мм/год. По уравнению водного баланса водоема (2.3), которое удобнее представить как Q= V+(x₀— Zo) fo, рассчитывается среднегодовой сброс воды из водохранилища в нижний бьеф гидроузла. Получаем Q = 31 км³/год, поскольку объем осадков на акваторию водохранилища Р= x₀F₀ = 2,5 км³/год, а испарения с нее E=Zo-F= 7,6 км³/год.

По формуле (2.7) вычисляем коэффициент водообмена водохранилища К_в= 1,03 год^-1, из чего заключаем, что водохранилище осуществляет многолетнее регулирование стока реки. Следовательно, водохранилище не только сокращает средний годовой сток реки на 5 км³/год, т. е. на 14%, из-за трехкратного превышения испарения над осадками (в районе водохранилища индекс сухости е = 3,1), но и сильно трансформирует речной гидрограф. Судя по типичному гидрографу для рек рассматриваемого региона, в летне-осеннее половодье в водохранилище поступает в средневодный год около 19 км³ воды: в январе 13%, в феврале 15% (это соответствует среднемесячному расходу 2230 м³/с), в марте 14% и в апреле 12% V₃. А в весеннюю межень при месячном стоке 3% К₃ в сентябре и октябре расход воды в реке снижается до 400 м³/с.

Если допустить, что санитарный расход воды в нижнем бьефе гидроузла установлен равным этой минимальной среднемесячной величине, т. е. 400 м³/с-86 400 с/сут-30 сут я 1 км³/мес, можно предположить, что в летне-осенний дождливый сезон, когда приток воды в PC максимален, за январь—апрель из водохранилища будет сброшено только 4 км³ воды для обеспечения гарантированного ее расхода в нижнем бьефе гидроузла, а остальные 27 км³ могут сбрасываться равномерно в течение остальных 8 мес. Благодаря этому расход воды ниже водохранилища станет втрое больше меженного. Если часть накопленных в водохранилище водных ресурсов будет израсходована на ирригацию, то при поливной норме 1,3 млн м³/100 га возможно оросить около 600 тыс. га (площадь на 30% больше, чем акватория самого водохранилища) и вдвое увеличить, по сравнению с меженным, расход воды в нижнем бьефе гидроузла.

Оценим трансформацию этим водохранилищем состава РВМ, питающую водоем. По схематической карте гидрохимических зон (см. рис. 2.3) водосбор водохранилища, как и вся PC, расположен в зоне преобладания фаций тропиков и субтропиков со средней минерализацией речных вод 45 мг/л (см. табл. 2.5). Следовательно, при среднем годовом объеме притока воды V₃ = 36 км³/год масса поступающих в водохранилище с водосбора растворенных минеральных веществ составляет в среднем около 1,6 млн т/год. Заметим, что использование для оценки зонального модуля ионного стока, приведенного в табл. 2.5 и равного 29 т/(км²— год), менее корректно, поскольку средний слой водного стока для этой очень обширной (и существенно неоднородной по величинам составляющих водного баланса) гидрохимической зоны в 9 раз выше, чем установленное по карте Атласа МВБ [17] значение у₃ для данного водосбора. Используя формулу (2.13), получаем, что среднегодовая минерализация основной водной массы водохранилища возрастет до 52 мг/л (на 13%). Эта оценка основана на том, что в водохранилище с уже завершившейся стадией формирования экосистемы величина ионного стока не претерпевает изменения. А концентрация главных ионов солевого состава воды может увеличиться лишь при Е > Р, т. е. зависит от структурных особенностей водного баланса данного водоема.

Учитывая очень замедленный водообмен в водохранилище, можно предположить отсутствие внутригодовых колебаний ?^и в нижнем бьефе из-за некоторого увеличения минерализации воды во время летне-осеннего половодья (по сравнению с гидрохимическим режимом реки до ее зарегулирования) и снижения минерализации и жесткости воды в остальную, вдвое более продолжительную преимущественно меженную часть года.

Трансформацию стока речных наносов водохранилищем рассчитаем следующим образом. Найденное на карте интенсивности современной эрозии (см. рис. 2.4) средневзвешенное для водосбора водохранилища значение модуля стока наносов т«= = 50 т/(км² — год), умноженное на А₃, дает среднюю годовую массу притока в водоем наносов М» = 25 млн т/год. Следовательно, средняя годовая концентрация наносов в речной воде, питающей водохранилище, равна примерно 690 г/м³, что свидетельствует об умеренной или средней мутности речной воды. Долю речных наносов, удерживаемую водохранилищем, приблизительно оценим по формуле (2.12), предварительно получив по уравнению (2.8) значение коэффициента проточности водохранилища К_п = = 0,82км/сут (-1 см/с). Такая оценка показывает, что в донных отложениях водохранилища аккумулируется 98% годового стока речных наносов, или 24,5 млн т/год.

Из этих оценочных расчетов следует, что сбрасывается из водохранилища не более 0,5 млн т/год минеральных речных взвесей, поэтому их концентрация в воде нижнего бьефа должна быть менее 16 г/м³. Ввиду вероятности развития в ОВМ водохранилища фитопланктона мутность воды может оказаться несколько большей. Однако предполагать возможность сильных вспышек цветения водохранилища нет оснований, поскольку в пределах водосбора водохранилища, судя по картам [20], крупных городов и других очагов антропогенного загрязнения речных вод нет. Поэтому можно считать, что мутность воды в нижнем бьефе малая, в среднем на порядок меньшая, чем была здесь до сооружения водохранилища. Эти предварительные оценки влияния водохранилища на питьевые и технологические качества речной воды указывают на позитивную экологическую роль регулирования речного стока в данной речной системе.

Завершим оценку влияния водохранилища на сток в PC определением протяженности центрального участка данного техногенного очага трансформации речного стока. В его пределах происходит смешение сбрасываемой через гидроузел однородной по минерализации и прозрачной ОВМ водохранилища с водами, формирующимися на нижележащей незарегулированной части водосбора PC. Эта часть речного бассейна представляет собой водосбор бокового притока к главной реке в нижнем бьефе гидроузла. По разности площади всего речного бассейна и площади водосбора водохранилища А_} находим площадь водосбора бокового притока Л₄ = Ар_С — А₃ = 90 тыс. км² в нижнем течении реки. По карте слоя стока для данной территории средневзвешенная величина у₄ = 45 мм/год. Следовательно, средний годовой объем притока в реку с нижней части водосбора составляет 4 км³/год, что равно всего 13 % Q — среднего годового объема сброса воды гидроузлом. Из этого следует, что русло главной реки от гидроузла до самого устья в течение всего года заполнено преимущественно маломинерализованной ОВМ водохранилища с практически неизменной в течение года величиной X^й — около 50 мг/л. Мутность этой воды с удалением от гидроузла должна увеличиваться, с одной стороны, вследствие насыщения потока донными наносами до его транспортирующей способности, свойственной реке с расходом воды 500—1000 м³/с, а с другой стороны, из-за притока взвесей с бокового водосбора. Как видно на карте современной эрозии суши (см. рис. 2.4), для этого бокового водосбора средневзвешенная величина т" = 100 т/(км²— год). Умножив эту величину на А₄, вычисляем среднюю годовую массу поступающих в реку наносов М_н = 9 млн т/год. Таким образом, к устью сток наносов может возрасти с 0,5 до 9,5 млн т/год, а мутность воды — до 270 — 300 г/м³.

При наличии в составе речной системы крупного озера порядок оценки его роли в трансформации водного, химического стока и стока наносов тот же, что и для водохранилища. При этом площадь Fи максимальная глубина #_тах озера могут быть определены по карте атласа [16], а объем воды приближенно оценен по формуле конуса W= 0,33 FH_max.

Подводя итог ориентировочной оценке гидрологических особенностей конкретной речной системы, важно отметить необходимость уточнения этой сугубо предварительной характеристики водного объекта путем сбора геологической информации для выявления возможных в пределах ее водосбора факторов азональности формирования водного и химического стока или стока наносов. При формировании банка гидрологической информации особое внимание следует уделить данным о межгодовой изменчивости речного стока и сведениям об экстремальных расходах воды, а также сбору отчетной документации о водохозяйственной деятельности в пределах речной системы и ее водосбора.