Влияние водохранилищ и прудов

Водохранилищами следует считать искусственные водоемы, созданные для накопления и последующего использования воды и регулирования стока [21].

Необходимость регулирования стока и создания водохранилищ вызывается многими обстоятельствами:

• • большой неравномерностью стока рек по сезонам года. На большинстве рек европейской части России, Западной и Восточной Сибири 65% стока проходит за 2−3 месяца весеннего половодья. В Казахстане за период весеннего половодья проходит свыше 90, а то и 95% всего годового стока рек;
• • значительны колебания стока в бассейнах отдельных рек от года к году;
• • создание водохранилищ вызвано необходимостью уменьшения или предотвращения катастрофических природных явлений (наводнений, маловодья, селей); перераспределения стока между сезонами года и годами различной водности, между днями недели и часами суток в интересах гидроэнергетики, ирригации, водоснабжения и создания запасов воды для обводнения городов, развития рекреации, водного транспорта и др.; вовлечения в хозяйственное использование непродуктивных земель; создания в ряде случаев более продуктивной водной среды (рыболовство и рыбоводство); улучшения природных условий прилегающих территорий (смягчения климата, водного благоустройства); реконструкции гидрографической сети.

Первые водохранилища были созданы около 4 тыс. лет назад для орошения земель в Египте, Месопотамии и Китае. Их роль в развитии древних цивилизаций трудно переоценить. Они способствовали расцвету цивилизаций и исчезали с лица земли, как правило, с их упадком. В Китае возведение плотин позволяло не только орошать земли, но и бороться с наводнениями. Значительное количество водохранилищ было создано в 1 в. до н.э. в Иране. Некоторые из них использовались комплексно для орошения, получения механической энергии, судоходства и водоснабжения. В это же время были созданы и первые водохранилища в европейских странах: Испании, Греции, Италии, на юге Франции. Их сооружение связано со строительством мельниц и развитием ирригации.

Большие гидротехнические сооружения строились ацтеками, майя и инками в доколумбовой Америке в основном для целей водоснабжения крупных населенных пунктов. Многие из построенных плотин были разрушены в результате землетрясений, паводков, набегов завоевателей или же заилены наносами. Больших масштабов создание водохранилищ достигло в эпоху промышленной революции и развития капитализма (XVI1I-XIX вв.) в связи с увеличивающейся потребностью в механической энергии для различных предприятий, промышленного и коммунального водоснабжения, для переброски воды и улучшения условий судоходства. Следующий этап создания водохранилищ начался на рубеже XIX и XX вв. и был связан с развитием гидроэнергетики, в первую очередь в таких странах, как Швейцария, Австрия, Франция, Германия, Норвегия, США и Япония. После завершения Второй мировой войны регулирование стока в широких масштабах стало осуществляться на основных речных артериях многих стран. С помощью водохранилищ предполагалось решить комплексные задачи развития гидроэнергетики, водоснабжения промышленных районов, крупных городских агломераций, борьбы с наводнениями, развития водного транспорта, создания рекреационных зон и улучшения экологического состояния крупных природных объектов и районов. В 50-е годы XX в. построено столько же водохранилищ, сколько за предыдущие 50 лет, с вдвое большим объемом. Пик сооружения водохранилищ на земном шаре пришелся на 60-е годы. Свыше половины всего объема водохранилищ мира приходится на семь стран: Россию, США, Канаду, КНР, Бразилию, Индию и Мексику.

В настоящее время в мире почти не осталось стран, где бы не было водохранилищ. Их общий объем на рубеже XIX и XX вв. составлял 15 км³, а к концу XX в. превысил 6300 км³ (табл. 2.2). Ежегодно на Земле вводятся в эксплуатацию сотни новых искусственных водоемов. Сегодня их более 60 000, с общей площадью водной поверхности почти 400 000 км². Создание водохранилищ привело к преобразованию природных условий на территории, равной 700 тыс. км², и к изменению инфраструктуры в связи с мероприятиями по переселению жителей и переустройству хозяйства на площади в 1,5 млн км². Полезный объем водохранилищ, превышающий 3 тыс. км³, позволил на 25% увеличить устойчивую составляющую стока рек земного шара.

Таблица 2.2.

Изменение количества и полного объема водохранилищ в различные периоды XX в.

(с полным объемом более 0,1 км³) [1].

В России построено 103 водохранилища объемом более 0,1 км³, суммарный полезный объем и площадь которых соответственно равны 339 км³ и 101 тыс. км² [31]. Русла некоторых крупнейших рек по существу представляют собой каскады водохранилищ, крупнейшие из них — Волжско-Камский и Ангаро-Енисейский. Например, в бассейне Волги сооружено 11 водохранилищ с суммарным полным объемом 180 км³ и общей площадью зеркала около 25 тыс. км². Водохранилища России позволяют осуществлять регулирование более 23% речного стока, что превышает среднемировые показатели. Самыми большими водохранилищами в мире по объему являются Виктория на р. Ниле (205 км³) и Братское на р. Ангаре (169 км³), по площади водного зеркала — Вольта (8 500 км²) и Куйбышевское на р. Волге (5 900 км²).

Основная масса водохранилищ, которая будет создаваться в перспективе в России и в мире — преимущественно средние (площадью 100−1000 км²) и небольшие (менее 100 км²) водохранилища, не затопляющие огромных площадей и имеющие относительно большой полезный объем. Указанные водохранилища позволяют решать широкий комплекс водохозяйственных проблем в бассейнах средних и небольших рек при незначительном негативном воздействии на окружающую среду.

Водохранилища могут быть подразделены на типы по характеру ложа, способу заполнения водой, географическому положению, характеру регулирования стока [21]. По морфологическому строению ложа [31] водохранилища делятся на долинные (ложем которых служит часть речной долины) и котловинные (подпруженные или зарегулированные озера и водохранилища). По способу заполнения водой водохранилища бывают запрудные, когда их наполняет вода водотока, на котором они расположены, и наливные, когда вода подается из рядом расположенного водотока или водоема. По географическому положению водохранилища делят на горные, предгорные, равнинные и приморские. По характеру регулирования стока различают водохранилища многолетнего, сезонного, месячного, недельного и суточного регулирования. Многолетнее регулирование стока преследует цель задержать сток многоводных лет для использования его в маловодные годы, сезонное регулирование направлено на аккумуляцию в водохранилище стока многоводных периодов (половодья, паводков) для использования в маловодные сезоны года. Сезонное регулирование речного стока осуществляют почти все водохранилища, предназначенные для выработки электроэнергии, для орошения земель, водоснабжения, борьбы с наводнениями, аккумуляции воды в целях обеспечения лесосплавных, судоходных, санитарных и других попусков. Месячное, недельное и суточное регулирование стока осуществляется почти всеми водохранилищами гидроэлектростанций. Эти виды регулирования увеличивают неравномерность расходов воды по сравнению с естественными расходами. Цель такого перераспределения расходов воды в течение суток или недели состоит в покрытии пиковых нагрузок энергетических систем, в частности, в утренние и особенно в вечерние часы.

Полный объем водохранилищ колеблется от одного млн м³ до 169,3 млрд м³ (Братское на р. Ангаре), полезный — до 204,8 млрд м³ (озеро Виктория в Африке). Длина водохранилищ колеблется от нескольких сотен метров (в горных районах) до 600−700 км. Наиболее глубокие водохранилища (до 200−300 м) образованы высокими плотинами в горных ущельях. Водохранилища имеются во всех географических поясах, кроме арктического и антарктического, во всех высотных зонах, вплоть до подножия горных ледников. Данные о крупнейших водохранилищах мира приведены в табл. 2.3.

В 90-х годах XX в. на земном шаре было сооружено еще несколько крупных водохранилищ, которые не вошли в табл. 2.3: 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).

Таблица 23

Крупнейшие водохранилища мира и России [2].

Воздействие водохранилищ на речной сток, природу и хозяйство как в прилегающих к ним районах, так и в нижних бьефах гидроузлов широко и многообразно. Оно проявляется прямо и косвенно, может быть положительным и отрицательным. Редко какие-либо деяния рук человеческих имеют столько противников и сторонников, как создание водохранилищ. В конце 1950;х — начале 1960;х годов вокруг них разыгрывались настоящие баталии. Рьяные сторонники их в России ратовали за создание таких гигантов как Нижнее-Обское, Нижнее-Ленское и даже Нижне-Волжское водохранилища, каждое из которых по объему и площади превосходило все водохранилища страны, вместе взятые. А не менее рьяные противники требовали не только прекратить ввод в эксплуатацию новых водохранилищ, но и спустить уже созданные.