Нормативные уровни и составляющие объема водохранилищ. Где находится самое большое водохранилище в России
Основными характеристиками водохранилища являются объём, площадь зеркала и изменение уровней воды в условиях его эксплуатации. При создании водохранилищ существенно изменяется и речных долин, а также гидрологический режим реки в пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят и в нижнем бьефе (части реки примыкающей к платине, шлюзу) гидроузлов. Иногда такие изменения заметны на протяжении десятков и даже сотен километров. Одним из последствий создания водохранилищ является уменьшение половодий. В результате этого ухудшаются условия нереста рыб и роста трав на пойменных . При создании водохранилищ также уменьшается скорость течения реки, что является причиной заиливания водохранилищ.
Красноярское водохранилище (фото Максима Герасименко)
Водохранилища размещаются на территории России неравномерно: в европейской части их более тысячи, а в азиатской – около ста. Общий объём российских водохранилищ составляет около одного миллиона м2. Искусственные водоёмы сильно изменили главную реку — и некоторые её притоки. На них создано 13 водохранилищ. Строительство их началось ещё в середине XIX века, когда в верховьях реки соорудили водоподпорную плотину. Спустя без малого сто лет было залито Иваньковское водохранилище , которое часто называют Московским морем. От него начинается канал, соединяющий реку со столицей.
Рыбинское водохранилище (фото Евгения Гусева)
Рыбинское водохранилище по площади сравнимо с крупнейшими озёрами . В результате затопления широких долин левых притоков Волги (Шексны и Мологи) образовался водоём шириной до 60 км и длиной 140 км, изобилующий множеством заливов, и .
Плотина Куйбышевского водохранилища подняла уровень воды в Волге на 26 м и затопило пойму реки на площади почти 6,5 тысяч км2. При создании водохранилища пришлось перенести около 300 населённых пунктов на новое место, а город Свияжск и вовсе оказался островным. На этом водохранилище даже возможны довольно крупные штормы (высота волн иногда превышает 3 м).
Пятнадцать крупнейших водохранилищ мира находятся в и на Дальнем Востоке. Их строительство велось в второй половине прошлого века. Плотины возводились главным образом на многоводных реках: , Вилюе, Зее. При этом из-за было затоплено относительно небольшие территории. Длина большинства водохранилищ этого района значительна: от 150 км (Колымское) до 565 км (Братское) . А вот ширина относительно невелика, за исключением некоторых участков, где вода разливается до 15-33 км. После устройства Байкальского водохранилища 60-километровый участок Ангары стал практически единым целым с , а уровень озера поднялся на метр.
Саяно-Шушенское водохранилище (фото Павла Иванова)
Самое большое водохранилище — Братское имеет довольно своеобразную форму: широкие плёсы здесь сочетаются с длинными извилистыми заливами. Амплитуда колебания уровня доходит до 10 м. Водохранилище имеет большое значение для судоходства и лесосплава, а также для водоснабжения.
Саяно-Шушенское водохранилище затопило долину Енисея на протяжении более 300 км, но по ширине небольшое — до 9 км. Колебание уровней — до 40 м. Плотина Красноярского водохранилища находится на узком (шириной до 800 м) участке в долине Енисея. Она примечательна своим уникальным подъемником. Суда, подходя к плотине, заходят в наполненную водой камеру, которая переносит их через плотину вниз по течению. Суда, идущие вверх по течению, для этого приходится поднимать на стометровую высоту.
Созданные водохранилища позволили повысить качество коммунального и промышленного водоснабжения больших городов, крупных . Параметры водохранилищ страны колеблются в широких пределах: полный объем от 1 до 169 миллионов м2. Площадь водного зеркала от 0,2 — 0,5 до 5900 км2. Существенным образом различаются длина, ширина, наибольшая и средняя глубины. Максимальная длина крупных равнинных и плоскогорных водохранилищ достигает 400 — 565 км, горных 100 — 110 км, а ширина — до нескольких десятков километров. Самые глубокие водохранилища от 200 — 300 м находятся в долинах крупных горных рек (Ингурское, Чиркейское,) до 70 — 105 м — в плоскогорных и предгорных районах (Братское, Красноярское, Богучанское, Бухтарминское). В больших равнинных водохранилищах глубины не превышают 20 — 30 м.
Водохранилища России
| Регионы | Количество водохранилищ | Объем водохранилищ, км 3 | Площадь зеркала водохранилищ, тыс.км 2 |
|---|---|---|---|
| Северный и Северо-Западный | 91 | 106,6 | 25,8 |
| Центральный и Центрально-Черноземный | 266 | 35,1 | 6,8 |
| Волго-Вятский | 46 | 23,0 | 3,9 |
| Поволжский | 381 | 124,0 | 14,6 |
| Северо-Кавказский | 105 | 36,6 | 5,3 |
| Уральский | 201 | 30,7 | 4,5 |
| Западно-Сибирский | 32 | 26,1 | 2,2 |
| Восточно-Сибирский | 22 | 398,1 | 46,3 |
| Дальневосточный | 18 | 142,5 | 6,0 |
| Всего | 1162 | 924,5 | 115,4 |
Крупнейшие водохранилища России
|
Водохранилище |
Площадь зеркала водохранилища, км 2 |
Объем водохрани-лища, км 3 |
|
|---|---|---|---|
|
Карелия и Кольский полуостров |
|||
|
Кумское (включая Пя-озеро) |
Кума (Ковда) |
||
|
Выгозеро (включая Выгозеро) |
|||
|
Сегозерское |
|||
|
Верхне-Туломское |
|||
|
Княже-Губское |
|||
|
Иова (Ковда) |
|||
|
Нижне-Туломское |
|||
|
Пальеозерское |
|||
|
Лесогорское |
|||
|
Светогорское |
|||
|
Верхне-Свирское (включая Онежское озеро) |
|||
|
Северо-Западный район |
|||
|
Нижне-Свирское |
|||
|
Центральная часть Русской Равнины |
|||
|
Цимлянское |
|||
|
Егорлыкское |
|||
|
Самарское |
|||
|
Рыбинское |
|||
|
Волгоградское |
|||
|
Саратовское |
|||
|
Горьковское (Нижегородское) |
|||
|
Иваньковское |
|||
|
Угличское |
|||
— искусственные водоемы, созданные, как правило, в долинах рек для накопления и хранения воды с целью использования в народном хозяйстве.
Водохранилища имеют черты сходства с и : с первым — по внешнему виду и замедленному водообмену, со второй — по поступательному характеру движения вод. При этом у них есть и свои отличительные особенности:
- водохранилища испытывают значительно большие, чем реки и озера, колебания уровня воды в течение года, которые связаны с искусственным регулированием стока — накоплением и сбросом вод;
- поточность вод приводит к меньшему нагреву воды, чем в озерах;
- мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные — позже, чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек;
- минерализация вод водохранилищ больше, чем реки, и др.
Первые водохранилища, служившие для орошения полей, люди стали сооружать еще до нашей эры в долинах Нила, Тигра и Евфрата, Инда, Янцзы и др. В Средние века водохранилища были уже не только в Азии и Африке, но и в Европе и Америке. В Новое время водохранилища стали использовать не только для орошения, но и для промышленного водоснабжения и для развития речного транспорта. В новейшее время еше одной функцией водохранилищ стало получение электроэнергии.
Огромное количество водохранилищ было построено после . С того времени и до сегодняшнего дня их количество во всем мире возросло в пять раз. Именно в этот период были созданы самые крупные водохранилища мира. Пик создания водохранилищ в большинстве регионов мира пришелся на 1960-е гг., а затем начался постепенный спад.
В настоящее время на земном шаре эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ.
Основными параметрами водохранилищ являются площадь зеркала, объем воды, глубина и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.
Площадь водного зеркала всех водохранилищ мира составляет 400 тыс. км 2 . Самым большим по площади зеркала считается водохранилище Виктория (Оуэн-Фоле) в Восточной Африке (Уганда). В его состав включается и озеро Виктория (68 000 км 2), уровень которого поднялся на 3 м в результате сооружения в 1954 г. плотины Оуэн-Фоле на реке Виктория-Нил. Второе место занимает водохранилище Вольта, расположенное в Республике Гана (Западная Африка). Его площадь зеркала составляет 8482 км 2 .
Длина некоторых наиболее крупных водохранилищ достигает 500 км, ширина — 60 км, максимальная глубина — 300 м. Самое глубокое водохранилище мира — Боулдер-Дам на р. Колорадо (средняя глубина 61 м).
Полный объем водохранилищ мира составляет 6600 км 3 , а полезный, т. е. пригодный для использования, — 3000 км 95 % воды водохранилищ приходится на водохранилища объемом более 0,1 км 3 . Самым большим водохранилищем по объему воды является также водохранилище Виктория (204,8 км 3). Братское водохранилище, расположенное на реке Ангара, следует за ним (169,3 км 3).
По объему воды и по площади водного зеркала водохранилища подразделяются на крупнейшие, очень крупные, крупные, средние, небольшие и малые.
Крупнейшие водохранилища имеют полный объем воды более 500 км 3 . Всего их 15. Они есть во всех регионах мира, кроме Австралии.
По своему генезису водохранилища подразделяются на долинно-речные, озерные, располагающиеся у выходов подземных вод, в эстуариях рек.
Для водохранилищ озерного типа (например. Рыбинское) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Долинно-речные водохранилища (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, как правило, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.
Назначение водохранилищ
По конкретному назначению воды водохранилища могут использоваться для орошения, водоснабжения, получения гидроэнергии, судоходства, рекреации и т. д. Причем они могут быть созданы для единой цели или для комплекса целей.
Более 40 % водохранилищ сосредоточены в умеренном поясе Северного полушария, где находится большинство экономически развитых стран. Значительное число водохранилищ расположено и в субтропическом поясе, где их создание связано прежде всего с необходимостью орошения земель. В пределах тропического, субэкваториального и экваториального поясов количество водохранилищ относительно невелико, но поскольку среди них преобладают крупные и крупнейшие, их доля в полном объеме всех водохранилищ составляет более 1/3.
Хозяйственное значение водохранилищ велико. Они регулируют сток, уменьшая наводнения и поддерживая необходимый уровень рек в течение остального времени года. Благодаря каскаду водохранилищ на реках создаются единые глубоководные транспортные магистрали. Водохранилища — зоны отдыха, рыболовства, рыбоводства, разведения водоплавающей птицы.
Но наряду с положительным значением водохранилища вызывают нежелательные, но неизбежные последствия: затопление земель выше плотины, прежде всего богатых пойменных лугов; подтопление и даже заболачивание земель выше плотины в зоне влияния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; осушение земель ниже плотины; ухудшение качества воды в водохранилищах из-за снижения самоочищающей способности и избыточного развития сине-зеленых водорослей; плотины водохранилищ препятствуют нересту рыбы, причиняя ущерб рыболовству, и т. д.
При этом строительство водохранилищ наносит природе непоправимый вред: затопление и подтопление плодородных земель, заболачивание прилегающих территорий, переработка берегов, обезвоживание пойменных угодий, изменение микроклимата, в реках прерываются генетические миграционные пути рыб и др. Кроме этого, их сооружение в равнинной местности связано вырубкой лесов и необходимостью переселения многих тысяч людей. Конечно же, речь здесь в большей степени идет о крупных водохранилищах.
Водохранилища - творение человека
Наиболее успешным направлением в преобразовании человеком природных условий можно считать создание водохранилищ. Какое же из них достойно титула "Самое большое водохранилище в России"?
Человек постоянно пытается переделать природу в соответствии со своими потребностями. Благодаря этому стремлению на планете появилось огромное количество искусственных водоемов с пресной водой, использующихся для разведения рыбы, подачи воды, судоходства или же для получения энергии. Размер водохранилищ может быть самым различным от небольшого озерца до огромнейшего водоема. Так какое же из водоемов, расположенных на территории России, является самым большим?
Рыбинское водохранилище
Многие водохранилища России значатся в списке самых больших искусственных водоемов в мире. Большинство из них создано во второй половине двадцатого века. Размещение их на территории России неравномерно. Большая часть их находится в европейской части страны (более тысячи) , тогда как азиатская сторона насчитывает гораздо меньше (около ста) . Если собрать все водохранилища на одной площади, то общий объем их составит более одного миллиона квадратных метров.
Изначально самым крупнейшим искусственно созданным водоемом считалось Рыбинское водохранилище. Протяженность его составляет около ста сорока километров, ширина шестьдесят километров. Площадь водоема составляет около четырех с половиной тысяч квадратных километров, что всего в два раза меньше Онежского озера. Глубина не слишком большая - около шести метров, лишь на некоторых участках показатель достигает девяти-десяти метров. Строительство его началось за пять лет до начала ВОВ, однако и в тяжелые для России времена продолжалось заполнение чаши водоема. Полностью заполнено водохранилище было только в тысяча девятьсот сорок седьмом году. Причем, для постройки водоема пришлось переселить более шестисот селений, которые оказались под водой. Иногда данное водохранилище называют Рыбинским морем. Используется для рыбного промысла и судоходства.
Плотина Жигулевской ГЭС
Через семь лет после постройки Рыбинского водохранилища завершается строительство плотины Жигулевской ГЭС и появляется Куйбышевское водохранилище, площадью шесть с половиной тысяч километров квадратных. К слову, этот водоем считается самым бурным среди волжских водохранилищ. Высота волны в нем во время шторма очень часто превышает три метра. Таким образом, Рыбинское море, некогда носившее звание "Самое большое водохранилище в России" опускается на ступеньку ниже.
В настоящее время самым крупным водохранилищем (из числа русловых) не только в России, но и во всем мире считается Братское. Форма водоема достаточно своеобразна: широкие плесы сочетаются с длинными и извилистыми заливами. Появилось водохранилище в тысяча девятьсот шестьдесят первом году, однако проектная отметка была достигнута только через шесть лет. Объем водоема составляет около ста семидесяти кубических километров. Площадь около пяти с половиной тысяч квадратных километров. Длина более пятисот километров, а максимальная глубина сто шесть метров. Используется Братское водохранилище, помимо энергетического назначения, для лесосплава, рыбного хозяйства, водного транспорта, промышленного и коммунального водоснабжения. Благодаря появлению Братского водохранилища многие притоки стали судоходными.
В заключении следует сказать, что любое водохранилище, независимо от размера, полезно для человека. Именно они позволяют повысить качество промышленного и коммунального водоснабжения промышленных центров и больших городов.
Неравномерность распределения речного стока по территории, его внутригодовая и многолетняя изменчивость затрудняют удовлетворение потребностей населения и народного хозяйства в необходимом количестве воды. Особенно остро это проявляется в маловодные годы и сезоны. Решение проблемы осуществляются за счет регулирования стока рек водохранилищами и прудами.
Водохранилище – это искусственный водоем, предназначенный для регулирования речного стока, т.е. перераспределения во времени, с целью его более эффективного использования для нужд народного хозяйства.
Крупные водохранилища имеют, как правило, комплексное (многоцелевое) назначение: гидроэнергетика, водоснабжение, водный транспорт, рекреация, защита от наводнений. Наиболее эффективное использование водных ресурсов обеспечивает каскад водохранилищ, работающих в единой системе.
Малые водохранилища и пруды используются для водообеспечения населения и отдельных отраслей промышленности или сельского хозяйства.
На земном шаре создано более 2500 крупных водохранилищ с объемом более 100 млн. км 3 каждое. Большинство из них расположено в Северной Америке (36% или около 900). В России таких водохранилищ примерно 100, самые крупные из них – Братское, Красноярское, Зейское.
Система водохранилищ на реке называется каскадом.
Водохранилища могут быть подразделены на типы по характеру ложа, способу его заполнения водой, географическому положению, месту в речном бассейне, характеру регулирования стока.
По строению котловины водохранилища делятся на:
· речного типа или долинные, ложем является часть речной долины. Они отличаются вытянутой формой и увеличением глубин от верхней части к плотине.
· Озерного типа или котловинные, это подпруженные, т.е. зарегулированные, озера и водохранилища, расположенные в изолированных низинах и впадинах, в отгороженных от моря заливах, лиманах, а также в искусственных выемках.
По способу заполнения водой водохранилища делят на:
· Запрудные, когда их наполняет вода водотока, на котором они расположены
· Наливные, когда вода в них подается из рядом расположенного водотока или водоема.
По географическому положению:
· Горные, сооружаемые на горных реках, обычно узкие и глубокие и имеют напор, т.е. величину повышения уровня воды в реке в результате сооружения плотины до 300 м и более
· Предгорные, имеют высоту напора 50-100 м
· Равнинные обычно широкие и мелкие, высота напора не более 30 м.
По характеру регулирования стока:
· Многолетнего регулирования (перераспределение стока между мало- и многоводными годами)
· Сезонного (перераспределение стока внутри года между мало- и многоводными сезонами)
· Недельного (перераспределение стока в течение недели)
· Суточного регулирования (перераспределение стока в течение суток)
Характер регулирования стока определяется назначением водохранилища и соотношением полезного объема водохранилища и величины стока воды реки.
Формы и размеры водохранилищ характеризуются теми же морфометрическими характеристиками, что и озера. Они также зависят от степени наполнения водоема и «привязываются» к определенному значению уровня воды, но, в отличие от озер, уровень воды в водохранилище регулируется и ход уровня определяется характером регулирования.
При проектировании водохранилищ для каждого из них устанавливаются (задаются) уровни, соответствующие определенным фазам гидрологического режима, так называемые проектные уровни.
· Нормальный подпорный уровень НПУ, уровень который достигается к концу периода наполнения в средний по водности год и может поддерживаться плотиной длительное время
· Форсированный подпорный уровень ФПУ, который возникает в редких случаях, например, во время высокого половодья или паводков, удерживается в течение короткого времени, превышает НПУ на 0,5-1 м
· Уровень сработки. К уровням сработки относятся: уровень ежедневной (диспетчерской) сработки, которая достигается при нормальной эксплуатации водохранилища; уровень наибольшей сработки, который достигается только в маловодные годы
· Уровень мертвого объема УМО, предельно возможное снижение уровня воды в водохранилище, сработка ниже которого невозможна. Объем водохранилища, находящийся ниже УМО, называется мертвым объемом .
Объем, находящийся между УМО и НПУ, называют полезным объемом водохранилища ПО.
Сумма полезного и мертвого объемов дают полный объем или емкость водохранилища.
Объем, заключенный между НПУ и ФПУ, называют резервным объемом .
По морфометрическим особенностям котловины выделяют характерные участки:
ü Нижний – приплотинный (всегда глубоководный);
ü Средний – промежуточный (глубоководен только при высоких уровнях);
ü Верхний – мелководный (расположенный в пределах затопленного русла и поймы);
ü Участок выклинивания подпора.
Границы условны и зависят от амплитуды колебаний уровня
Методика определения полезной емкости зависит от масштабности проекта и степени ответственности сооружения, режима регулирования стока (сезонного или многолетнего) и стадии проектирования.
В данной работе примем балансовый метод для расчетного года 75% обеспеченности, то есть будем определять емкость водохранилища по разности интегральной кривой стока и водопотребления.
Для расчета используется таблица расчета исполнения водохранилища.
Табл.12. Динамика наполнения водохранилища при регулировании расчетного года
| Месяцы | Регулирование стока | Текущие наполнения на конец интервала | |
| + сработка | - наполнение | ||
| 19,64 | 19,11 | ||
| 114,68 | 133,79 | ||
| 11,2 | 145,01 | ||
| -16,09 | 128,92 | ||
| -17,96 | 110,96 | ||
| -16,07 | 94,89 | ||
| -15,28 | 79,61 | ||
| -14,77 | 64,84 | ||
| -14,36 | 50,48 | ||
| -15,1 | 35,38 | ||
| -16,69 | 18,69 | ||
| -18,69 |
Полезный объем водохранилища
Определение мёртвого объема водохранилища.
Мертвый объем водохранилища назначают из следующих соображений:
Заиление емкости водохранилища в результате отложения наносов должно произойти не раньше установленного периода (T заил = 50 лет);
В соответствии с санитарными требованиями глубина водохранилища должна быть не менее заданной отметки, которая устанавливается из условия предотвращения инфекционных заболеваний;
Недопущение полного промерзания емкости (h > 3м);
При наличии судоходства в ВБ глубина должна соответствовать требованию водного транспорта;
Так как в состав гидроузла входит ГЭС, напор, созданный при отметке МО должен обеспечивать проектную выработку электроэнергии и гарантированную мощность ГЭС.
Из всех видов емкостей выбирается максимальная.
Санитарный объем.
Принимается по величине попуска на разбавление
Объем заиления
Где S – среднемноголетний сток, S=457,27млн.м 3 ;
Мутность реки, кг/м 3 ;
r – доля влекомых насосов, r=0.04(0,05)
T заил – расчетный срок заиления водохранилища, Т заил =50лет;
– объемный вес отложений (насосов), =1100-1200кг/м 3
Требования ГЭС.
– отметка нижнего бьефа,
Для определения отметки нижнего бьефа при расходах нам необходима кривая расходов в нижнем бьефе.
Где t – среднее количество секунд в месяц, t = 2.63 млн.сек/мес;
W ГЭС i – объем воды для ГЭС за один месяц.
Следовательно, Н НБ =131,5 м
Находим объем ГЭС в верхнем бьефе
,
Для = 131,5 м получаем =113 млн.м 3
Общий обьем воды для ГЭС находим по формуле:
При получаем НПУ=168м.
Характерные емкости показаны на батиграфической кривой
Ак же наносим полный и мертвый объемы.
Уточняем площадь зеркала водохранилища при отметке НПУ =444м:
Выводы:
1. В проекте запроектирован ВХК в составе следующих участников: ГКБХ, СКБХ, промышленность, орошение, животноводство (КРС), рекреация, ТЭС, водный транспорт, рыбное хозяйство, ГЭС.
Проведен комплекс специальных водохозяйственных мероприятий по экономии водных и улучшению их качества (применили 5 методов управления):
1) Введение оборотной системы водоснабжения в промышленности;
2) Улучшение качества очистки сточных вод ГКБХ и рекреации;
3) Ограничение водопотребления в орошении и в животноводстве;
4) Снижение нагрузки на водный объект со стороны СКБХ, животноводства и орошения;
5) Повторное использование сточных вод животноводства на орошение;
6) Переброска части стока из смежного бассейна реки.
В результате расчетов ВХБ = 0,53 млн. м 3 . При этом снята необходимость многолетнего регулирования стока.
2. При расчете ВХБ в месячных интервалах времени наблюдаются дефициты воды в отдельные месяцы года (1,2,6,7,8,9,10,11,12), а в остальные месяцы (3,4,5) наблюдаются избытки воды.
3. Запроектировано водохранилище сезонного регулирования для снятия внутригодовых дефицитов водных ресурсов и повышения водообеспеченности с учетом санитарно-экологических требований.
4. В составе гидроузла предусмотрено водохранилище объемом W полн =179,9 млн. м 3 при отметке НПУ = 168 м, земляная плотина, высотой Н плот = 38 м, с открытым береговым водосбором и здание ГЭС руслового типа.
Список используемой литературы:
1. Комплексное использование и охрана природы. Под ред. В.В. Шабанова. – М.: Колос,1994.
2. Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А. Разработка водохозяйственных мероприятий в бассейне реки. – М.: МГУП, 2011. 100 с.
3. Практикум по инженерной гидрологии и регулированию стока. Под ред. Е.Е. Овчарова. – М.: Колос, 1996.
4. Мелиорация и водное хозяйство. Т. 5. Водное хозяйство: Справочник / Под ред. Бородавченко И.И., - М.: Агропромиздат, 1988.
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства