Класифікація водосховищ

Більше 30 тис. водосховищ земної кулі, експлуатованих в даний час, істотно розрізняються між собою по параметрах, режимних характеристиках, напрямі господарського використання і дії на навколишнє середовище. Важко назвати яскравіший приклад людської діяльності, де так повно і складно переплітається (іноді найхимернішим чином) весь спектр актуальних для сучасного людства проблем — енергетичних і продовольчих, екологічних і соціальних, економічних і технічних, інженерних і природоохоронних.

Для вирішення багатьох не тільки наукових, але і практичних питань проектування, створення і використання водосховищ особливо важливого значення набуває впорядкування і систематизація колосального об'єму різноманітних відомостей і даних про водосховища. Розробка фундаментальної і універсальної (багатовимірною) класифікації і типізації водосховищ вимагає одночасного обліку природних, технічних, екологічних і соціальних аспектів і їх специфіки для регіонів з різними природно-господарськими і соціальними умовами. Рішення цієї задачі утруднене через нестачу комплексних даних і неповної вивченої багатьох вказаних вище аспектів не тільки в тих, що розвиваються, але навіть і в промислово розвинених капіталістичних країнах світу. Тому необхідний початковий етап універсальної систематизації водосховищ — розробка приватних (по окремих критеріях, параметрах і ознаках) класифікацій і типізацій, ряд яких охарактеризований нижче.

Типізація за генезисом. У основу типізації водосховищ може бути покладений перш за все ознака генезису, вказуюча на спосіб їх освіти. Природні місткості, в яких акумулюється вода, прийнято називати чашами водосховищ (рис. 15). Використовуючи цю ознаку, слід розрізняти водосховища в долинах річок, перегороджених дамбами, у тому числі і на тимчасових водотоках; наливні водосховища; зарегульовані озера (озера-водосховища); водосховища в місцях виходу ґрунтових вод і в карстових районах; водосховища прибережних ділянок морить і эстуариев, відокремлених від відкритого моря греблями (Авакян, Шарапов, 1977; Водохранилища мира, 1979). У всіх країнах світу найбільша кількість водосховищ розташована в долинах річок. Їх площа коливається від доль до декількох тисяч квадратних кілометрів. Серед водосховищ, створених в річкових долинах, найбільше за площею — водосховище Вольта в Гані, а за об'ємом — Братське в Росії.

Рис. 15. Характерні типи водосховищ за генезисом

Водосховища на тимчасових водотоках найчастіше створюються в країнах з аридним кліматом або районах з мусонним кліматом, а також в субнувальному кліматі гірських країн. Невеликі водосховища, розташовані на пересихаючих потоках (вади або уеди), особливо численні в Південно-Східній Індії (штат Мадрас), в Шрі-Ланці, в передгірних пустелях і напівпустелях Північної Африки і Аравії. У живленні їх велику роль грають води, що утворюються під час танення снігів, випадних іноді в горах. Водосховища, що споруджуються у високогірних долинах і цирках в межах субнивального поясу, збирають води тонучих фирнових. полів і льодовиків.

Наливні водосховища найчастіше створюються в природних депресіях, куди по каналах подаються переважно надмірні паводкові води річок. Як приклади наливних іригаційних водосховищ можна назвати Каттакурганське, Тудакульське, Куюмазарське і ряд інших в Узбекистані. У Іраку створені крупні наливні водосховища Вади-Тартар, Хаббанія, Абу-Дібс для акумуляції паводкових вод Тигру та Євфрату.

Особливу групу водоймищ, пов'язаних з експлуатацією каналів, складають водосховища — колектори скидних вод. Водоймища цієї групи створюються нижчим за основні масиви зрошуваних земель з метою збору поворотних вод. Найбільшим таким водосховищем в СНД можна вважати озеро Сарикамиш, що живиться скидними водами Хорезмського оазису.

Озера-водосховища (зарегульовані озера). Значне число водосховищ створене шляхом підпору і штучного регулювання водообміну природних озер. Звичайне таке регулювання досягається пристроєм дамби на річці, витікаючій з проточного озера. В окремих випадках озера-водосховища створюються шляхом підпору і об'єднання декількох озер, що відносяться до різних річкових басейнів. Наприклад, в крупному водосховищі Смолвуд (Черчилл), на півострові Лабрадор в Канаді, акумуляція води здійснюється шляхом підпору (за допомогою 17 дамб) і об'єднання декількох озер; тепер їх стік скидається в одному напрямі — в р. Черчилл.

До озер-водосховищ також можна віднести і водосховища, утворені шляхом підпору озер при відносно невеликій зміні основних параметрів цих природних водоймищ. З певною часткою умовності можна прийняти, що озерами-водосховищами слід вважати водосховищами, площа яких в результаті підпору збільшилася не більше ніж на ^1/3 в порівнянні з первинною.

На земній кулі налічується декілька тисяч водосховищ, створених шляхом зарегулювання озер. Точно врахувати їх загальну кількість важко, тому що часто рівень невеликих озер штучно підвищується невисокими дамбами, що не враховуються Світовим регістром дамб і іншими довідковими виданнями.

Перевага зрегульованих озер в порівнянні з іншими типами водосховищ полягає в тому, що при незначному підпорі і невеликій площі затоплення земель можна акумулювати великий об'єм води.

Серед найбільших озер миру, рівень яких піднятий дамбами, — оз. Вікторія в Африці, Байкал в Росії, Вінніпег і Онтаріо в Північній Америці. Значні за площею і об'ємом багато інших озер-водосховищ — Онежське, Імандровське, Волховске та інші в Росії, Сайменське, Інарі, Венерн в Західній Європі, Рейні-лейк, Лісове, Окичобі, Данієл-Джонсон, Рейндір в Північній Америці, Гордон в Австралії.

До специфічної категорії відносяться так звані підземні водосховища, при створенні яких як місткість використовуються підземні порожнечі, наприклад карстові. Приклади використання карстових порожнеч для збереження води відомі в Югославії (водосховища Врла-III, Кокин Брід, каскади на річках Мережніца і Добра). В даний час на земній кулі є сотні невеликих підземних водосховищ, їх число буде, поза сумнівом, зростати, оскільки при їх створенні не відбувається затоплення території і немає втрат води на випаровування.

Останніми роками все більшу увагу і інтерес фахівців і громадськості викликає створення водосховищ в морських затоках, бухтах, лиманах і естуаріях, які відгороджуються від моря дамбами і греблями. В результаті надходження поверхневого або підземного прісного стоку в таких відокремлених, відгороджених від моря акваторіях відбувається поступове витіснення солоної морської води прісною водою, придатною для технічного водопостачання або інших цілей.

Морські водосховища створені в Нідерландах (Ісселмер і ін.), проектуються у Великобританії та інших країнах. В Україні на трасі каналу Дунай — Дніпро створено водосховище в лимані Сасик, і подібне водосховище в Дніпровсько-Бузькому лимані. Особливо великий інтерес і гарячу дискусію викликала пропозиція створити величезне морське прісноводе водосховище (об'ємом в сотні кубічних кілометрів площею декілька тисяч квадратних кілометрів) в Онежській губі Білого моря, воду з якого пропонувалося подавати в систему перекидання стоку північних річок на південь.

Типізація водосховищ по географічному положенню. Водосховища — об'єкти азональні, залежно від потреб господарства вони можуть бути споруджені в будь-якій географічній зоні, там, де дозволяють умови рельєфу і стоку. Проте особливості гідрологічного, гидрохимического і біологічного режимів водосховищ істотно залежать і від зональних чинників.

При прогнозуванні природних процесів в нових водосховищах і підборі з цією метою відповідних водоймищ-аналогів в першу чергу повинне враховуватися їх розташування в межах широтного або висотного географічного поясу. Водосховищ зовсім немає в арктичному, антарктичному і субантарктичному поясах. Тільки декілька водосховищ є в субарктичному поясі і порівняно небагато — в екваторіальному. Водосховища експлуатуються, будуються і проектуються головним чином в помірних, субтропічних і тропічних поясах.

З азональних чинників найістотніший — рельєф. Водосховище може бути створене в умовах як сильно, так і помірно розчленованого рельєфу, в межах низовин, горбистих рівнин, предгорий, плато, плоскогорий, гірських долин і каньйонів. Характер рельєфу місцевості, де створюється водосховище, визначає площі затоплення земель на одиницю об'єму і натиску, морфологію і морфометрію водосховища, частково режим виработки і наповнення, а також масштаби впливу водоймища на природне середовище і, нарешті, можливості комплексного або галузевого використання. Розрізняють водосховища рівнин, предгірних і плоскогір'їв областей, гірських областей (Авакян, Шарапов, 1968, 1977).

Водосховища рівнин характеризуються наступними основними ознаками: значною площею дзеркала і площею затоплення земель на одиницю об'єму і натиску; невеликою максимальною (рідко більше 25 м) і середньою (за звичай 5—9 м) глибинами; невеликою глибиною виработки (в межах 2—7 м); великою зміною площі дзеркала при коливаннях рівня; інтенсивністю переробки берегів і підтоплення земель, як правило, комплексним використанням, оскільки на більшості рівнинних територій розвинене багатогалузеве господарство.

Водосховища предгірних і плоскогірних областей відрізняються наступними особливостями: великою максимальною (до 70—100 м) і середньою (до 30— 35 м) глибиною; значною глибиною виработки (до 10—20 м); меншою, ніж на рівнинах, інтенсивністю переробки берегів і підтоплення; високими і в більшості своїй крутими берегами, що утрудняє господарське освоєння берегової смуги; відносно великими порушеннями в господарстві прилеглих районів, тим більше що більшість господарських об'єктів зосереджена в долинах річок.

Гірські водосховища характеризуються порівняно невеликою площею акваторії і невеликим затопленням земель, що рідко перевищує десятки квадратних кілометрів; найчастіше великими глибинами (нерідко більш 100— 200 м); дуже великою глибиною виработки (в деяких випадках до 50—100 м і більш); менш різкими, чим на рівнинах, змінами площі водного дзеркала при виработці; відсутністю значної вітроволновий переробки і підтоплення берегів, складених водотривкими скельними породами; інтенсивним заповненням наносами (замулюванням) у зв'язку з великою величиною твердого стоку гірських річок і обвальними деформаціями берегів.

Значною мірою чинниками географічної і висотної зональності визначаються термічний режим водосховищ, наявність, потужність і тривалість льодового покриву, а також повторюваність і вираженість явища термічній стратифікації (розшарування) водної маси. Термічний режим водосховищ в порівнянні з озерами відрізняється набагато більшою складністю і різноманіттям модифікацій. Тому відома лимнологическая класифікація (Hutchinson, Loffer, 1957) до водосховищ мало застосовна.

У табл. 3 дана уточнена М.А. Фортунатовим (Водохранилища мира, 1979) класифікація водосховищ по їх висотному положенню з урахуванням кліматичних зон, в яких вони розташовані.

Таблиця 3. Класифікація водосховищ по висотному положенню

Типи водосховищ	Висотне положення по кліматичних поясах (метри над рівнем морить)
Субарктичний	Помірний	Субтропічний і тропічний	Субекваторіаль-ний і екваторіальний
Північна частина	Південна частина
Рівнинні	0 – 200	0-500	0-700	0-1000	0-1200
Предгірні	200-500	500-1000	700-1200	1000-1500	1200-2000
Гірські	Вище 500	1000-1500	1200-2000	1500-2500	2000-3000
Високогірні	–	Вище 1500	Вище 2000	Вище 2500	Вище 3000

Типізація водосховищ за конфігурацією. Форма водосховищ різноманітна і варіює від вузьких витягнутих водоймищ до розширених, які формою наближаються до неправильних еліпсів, багатокутників і різних лопатевих розгалужених фігур. Контури водосховищ (у плані) не є постійними, їх форма і багато морфометричних показників (ширина, довжина, глибина) безперервно, а часто і різко змінюються залежно від коливань рівня води. Тому морфометрія і морфологія водосховища, спостережувана при НПУ, далеко не завжди типові для більшої частини року.

Є багато пропозицій щодо типізації морфолого-морфометричної будови водосховищ (Лифанов, 1946; Жаднюг, Герд, 1961; Авакян, Шарапов, 1977; Матарзин та ін., 1977). Найбільш простій представляється типізація М.А. Фортунатова (1970), відповідно до якої виділяються заплавні (руслові), долинні, озеровидні і водосховища складної форми. Їх назви говорять самі за себе. У перших двох типів довжина зазвичай значно перевищує ширину, причому ширина в більшості випадків зменшується від пригребельної ділянки до верхньої. Для водосховищ озеровидної форми ширина і довжина — зіставні параметри. Конфігурація водосховищ складної форми дуже різноманітна, а часом і химерна.

Класифікація водосховищ за об'ємом, площею та глибиною. Серед показників, що характеризують розміри водосховищ, найбільш важливі об'єм і площа водного дзеркала, оскільки саме цими параметрами визначається в значній мірі їх дія на навколишнє середовище. Для репрезентативності порівняння розмірів різних водосховищ їх параметри зазвичай приводяться при відмітках НПР і РМО. По озерах-водосховищах враховується тільки об'єм регульованого верхнього шару води (корисний об'єм), а не весь об'єм зарегульованого озера. Наведемо класифікацію А.Б. Авакяна і В.А. Шарапова (1977), засновану на аналізі обширних матеріалів по водосховищах миру (табл. 4).

До цих пір немає і загальноприйнятої класифікації водосховищ по глибині — дуже важливого параметра, що визначає особливості багатьох гідрологічних, фізико-хімічних і біологічних процесів. Класифікація, запропонована М.А. Фортунатовим (Водохранилища мира, 1979) (табл. 5), дозволяє групувати по найбільшій і середній глибинах водосховища різних типів, включаючи і багато зарегульованих озер, хоча, звичайно, якнайглибше в світі оз. Байкал (1620 м), підперте дамбою Іркутської ГЕС, далеко виходить за рамки пропонованої шкали. Найбільш глибокі водосховища світу — Рогунське на р. Вахш (понад 300 м), Нурекське (майже 300 м), Гранд-Діксанс, Мовуазен, Оровіл, Міка та ін. (230—250 м).

Таблиця 4. Класифікація водосховищ за розмірами

Категорія водосховищ	Повний об'єм, куб. км.	Площа водного дзеркала, кв. км.	Відношення до загального числа водосховищ %
Найбільші	Більше 50	Більше 5000	Менше 0,1
Дуже великі	50 – 10	5000 – 500
Великі	10 – 1	500 – 100
Середні	1 – 0,1	100 – 20
Невеликі	0,1 – 0,01	20 – 2
Малі	Менше 0,01	Менше 2

Таблиця 5. Класифікація водосховищ за глибиною

Категорія водосховищ	Найбільша глибина, м	Середня глибина, м
Виключно глибокі	Більше 200	Більше 60
Дуже глибокі	100 - 200	30 – 60
Глибокі	50 - 99	15 – 29
Середньої глибини	20 – 49	7 – 14
Неглибокі	10 – 19	3 – 6
Мілководі	Менее 10	Менее 3

За характером регулювання стоку розрізняють водосховища багаторічного, сезонного (річного), місячного, тижневого і добового регулювання.

Багаторічне регулювання стоку переслідує мета затримати стік багатоводних років для використання його в маловодні роки; сезонне регулювання направлене на акумуляцію у водосховищі стоку багатоводних періодів (повені, дощових паводків і т.п.) для використання в маловодні сезони року. Сезонне регулювання річкового стоку здійснюють майже всі водосховища, призначені для іригації, водопостачання, боротьби з повенями, акумуляція води в цілях забезпечення лісосплавних, судноплавних, санітарних і інших попусков (тобто скидання води вниз по річці), а також багато гідроенергетичних. Місячне, тижневе і добове регулювання стоку здійснюється майже всіма водосховищами гідроелектростанцій. Ці види регулювання збільшують нерівномірність витрат води в порівнянні з природними витратами.

Глибина виработки рівня води водосховищ належить до найважливіших показників їх гідрологічного режиму; вона впливає на біологічні процеси, що протікають в них. Амплітуда коливань рівнів у водосховищах зазвичай більше, ніж в природних озерах.

При великій різноманітності режимів рівнів водосховищ багаторічного і сезонного регулювання можна виділити такі їх загальні риси. Найбільшої висоти рівень досягає в кінці повені; потім він зберігається протягом подальшого часу, не однакового за тривалістю і календарними термінами як на різних водосховищах, так і на одному і тому ж водосховищі в роки різної водності. Після цього накопичені води поступово використовуються на живлення каналів, насосних станцій і на скидання води через турбіни гідроелектростанції або через інші водозливні отвори в нижній б'єф гідровузла, внаслідок чого відбувається зниження рівня води; це спрацювання водосховища йде зазвичай поволі; до мінімальних відміток рівень його знижується в передповеневому періоді. Потім з наростанням притоку паводкових вод починається наповнення водосховища. Водосховища багаторічного регулювання наповнюються до НПР не щорічно, а, як правило, тільки раз в декілька років.

У правилах експлуатації ряду водосховищ передбачена можливість перевищувати (форсувати) відмітку НПУ при проходженні паводків рідкісної повторюваності в 1 % (в середньому 1 раз в 100 років і менш); величина форсировки на водосховищах СНД при повенях середньої повторюваності 1 % складає зазвичай 20—70 см, а при повторюваності 0,1 і 0,01% — 1—3 м і більш.

В результаті аналізу даних по декількох сотнях водосховищ миру А.Б. Авакян і ін. (1987) запропонована їх класифікація по глибині сработки рівня: мала (амплітуда менше 1 м); невелика (1-3); середня (3-10); велика (11-30); дуже велика (31-100); виключно велика (більше 100 м).

Класифікація по водообміну. Для характеристики водообміну і ступеня проточності водосховищ і озер різними авторами застосовуються різні показники. Одним з основних і найбільш зручних показників для характеристики зміни води, з акумульованої у водосховищах, можна рахувати усереднену водообмінність (відношення об'єму водосховища при НПУ до об'єму середньорічного стоку в створі дамби).

Природно, що крупні озера-водосховища за показниками водообмінности виходять за рамки класифікації. Наприклад, період зміни повного об'єму Онежського (Верхнесвірського) водосховища близький до 17 років, а озера Байкал — приблизно до 400 років. Водообмін неглибоких проточних озер близький до водообміну водосховищ багаторічного регулювання.

Розробка класифікацій водосховищ за гідрохімічними та гідробіологічними показниками набуває важливого соціального і екологічного значення у зв'язку з виснаженням і погіршенням якості природного середовища.

При типізації водосховищ за хімічним складом води, його динамікою використовуються численні класифікації поверхневих вод суші: за кількістю розчинених у воді мінеральних речовин, за співвідношенням між головними групами іонів, за особливостями газового режиму (в основному кисню і вуглекислого газу), за кількісними та якісними характеристиками органічних речовин, що знаходяться у воді. У СНД найбільш поширена класифікація природних вод, розроблена О.А. Алекіним (1949), згідно якої по мінералізації виділяються прісні (до 1,0 г), солоноваті (1—25), морські води (25—50) і розсоли (вище за 50 г солей на 1 л). За небагатьма виключеннями, вода у водосховищах прісна або слабосолена (у аридних районах). По поєднанню і співвідношенню основних класів аніонів вод суші (гідрокарбонатних, сульфатних і хлоридних) виділяється 27 видів вод, що характеризуються різними властивостями, походженням і розповсюдженням. За цими ознаками можуть бути класифіковані водосховища різних природних поясів миру. Відзначимо, що гідрохімічний режим водосховищ, що входять до складу каскаду, особливо на річках, що поточних в меридіональному напрямі і перетинають різні природні зони, формується при взаємодії зональних, азональних і інтерзональних чинників (Фортунатов, 1970). Для класифікації представляють інтерес такі показники якості, як колір, прозорість і інтенсивність забарвленої (кольоровість), які побічно характеризують зміст органічних, гумінових речовин.

В умовах забруднення водоймищ, що посилюється, великої практичної важливості набувають класифікації водосховищ по характеру і ступені дії забруднень антропогенного походження, що поступають в них. При цьому може бути використаний перш за все критерій трофності та євтрофіровання. Євтрофіровання розглядається нині як процес порушення водної екосистеми; розрізняють дистрофні, олиготрофні, мезотрофні, евтрофні, поліевтрофні і гіперевтрофні водосховища; останні три класи трофності означають відповідне (за ступенем) погіршення якості вод.

В основу типізації водосховищ за якістю води може бути покладений і показник так званої сапробності, встановлюваний по характерному видовому складу живого населення вод (бактерій, планктону і бентосу), відповідно до якого виділяються олігосапробні (чисті), альфа- і бетамезосапробні (слабо і середньо забруднені) і полісапробні (сильно забруднені) водосховища або їх окремі ділянки.

І нарешті, відзначимо, що для водопостачальницьких і рекреаційних водосховищ особливий інтерес представляють класифікації, засновані на комплексному обліку різних показників якості води, — хімічних, біологічних і токсикологічних (природного і штучного походження). У багатьох країнах світу зроблені великі зусилля для створення універсальних класифікацій якості вод.

При класифікації водосховищ за якістю води перспективні для використання розроблені і прийняті колишніми країнами соціалістичної співдружності «Единые критерии качества вод» (1982), в основі яких — хімічні і гідробіологічні показники, зокрема «трофність» і «сапробність». Враховуються п'ять основних класів показників: неорганічні речовини, органічні речовини, неорганічні промислові забруднюючі речовини, органічні промислові забруднюючі речовини, біологічні показники. Виділяється шість класів якості вод: I — вода дуже чиста; II — чиста; III і IV — трохи забруднена; V — сильно забруднена; VI — дуже забруднена.

Дата добавления: 2014-01-04