Загальна характеристика водосховищ та їх типи

План лекції

ЛЕКЦІЯ 10. ВОДОСХОВИЩА Й ОСОБЛИВОСТІ ЇХ ГІДРОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ.

Контрольні запитання

1. Що визначає пряма температурна стратифікація?
2. Чим обумовлюється конвекційне перемішування водної маси в озері?
3. Які виділяються основні періоди температурного режиму озер?
4. На які основні групи поділяються озера за термічною класифікацією?
5. Як проходить процес замерзання озер?
6. Чим спричиняється процес наростання товщини льоду?
7. Яким чином класифікуються озера за ступенем солоності?
8. Що визначає хімічний баланс озера?
9. Якими процесами спричиняється коливання мінералізації озер?
10. Які основні екологічні групи біоти виділяються у водних екосистемах?

Завдання для самопідготовки

Заповнити термінологічний словник з визначенням ключових понять лекційного матеріалу.

Ключові термінологічні поняття: пряма і обернена температурна стратифікація, металімніон, епілімніон, гіполімніон, гомотермія, конвекційне перемішування, динамічне перемішування, нейстон, біомаса, оліготрофні, евтрофні, мезотроні, дістрофні озера.

14. Загальна характеристика водосховищ та їх типи.

15. Гідрологічний режим водосховищ.

16. Термічний і льодовий режим водосховищ.

17. Вплив водосховищ на природне середовище.

18. Значення озер та водосховищ у народному господарстві.

Водосховище – це штучна водойма, створена для накопичення, зберігання та подальшого використання води, регулювання стоку річки. Водосховища утворюються після перегороджування русла та заплави річки греблею. Вони поєднують у собі ознаки озера і річки. До озера їх наближує уповільнений водообмін і, як наслідок, термічне, хімічне й біологічне розшарування водної маси, а до річки – поступальний рух води. Останнє забезпечує більшу проточність вод у водосховищі, ніж в озері та інтенсивніший водообмін.

Залежно від природних умов і способу утворення водосховища поділяються на декілька типів.

Так, за морфологією ложа виділяються долинні й улоговинні водосховища.

До долинних відносять такі, в яких ложем є частина річкової долини. Головна відмінність їх полягає в наявності похилу дна і збільшенні глибин від верхньої частини водойми до греблі. Прикладом долинних водосховищ можуть бути дніпровські.

До улоговинних відносять підперті озера та водосховища, що розташовані в ізольованих западинах, у відгороджених від моря затоках, а також штучних кар'єрах.

Невеликі водосховища, площа яких не перевищує 1 км², називаються ставками.

За способом заповнення водою водосховища можуть бути загатними (коли водосховище заповнюються водою водотоку, на якому вони розташовані) та наливними (коли вода в них подається з іншого водотоку чи водойми).

За місцем розташування водосховища бувають гірські, передгірські, рівнинні та приморські. Характерною особливістю їх є величина напору, тобто перевищення рівня води у водосховищі над рівнем у річці. Напір може варіювати від 300 м (Нурецьке водосховище на р. Вахш) до 10 м і менше на рівнинних річках (Київське водосховище на Дніпрі). На приморських водосховищах напір не перевищує декількох метрів.

За місцем у річковому басейні водосховища поділяють на верхові та низові. Кілька водосховищ на річці утворюють каскад.

За ступенем регулювання річкового стоку водосховища можуть бути багаторічного, сезонного, тижневого та добового регулювання.

Основними морфометричними характеристиками водосховищ є площа їхньої поверхні та об’єм. Форма водосховища залежить значною мірою від його типу. Так, угловинні водосховища мають здебільшого округлу форму, долинні – витягнену.

Кожне водосховище розраховується на накопичення певного об’єму води в період заповнення. Накопичення необхідного об’єму води супроводжується підвищенням рівня води до деякої (оптимальної) величини. Такий рівень, як правило, спостерігається наприкінці заповнення і має назву – нормального підпертого рівня (НПР).

Під час водопілля та високих паводків може спостерігатися перевищення НПР на деяку величину, як правило, до 1 м. Такий рівень називається форсованим підпертим рівнем (ФПР).

Для водосховища встановлюється і такий рівень, нижче якого опорожнення вже не відбувається. Це – рівень мертвого об’єму (РМО).

Об’єм водосховища, що знаходиться нижче РМО, називається мертвим об’ємом (МО).

Найбільш корисним з точки зору регулювання і використання стоку є об’єм водосховища, що знаходиться між НПР і РМО. Цей об’єм отримав назву корисного об’єму водосховища (КО).

Сума корисного та мертвого об'ємів водосховища дає повний об’єм або ємкість водосховища. Об'єм води, що розташований між НПР та ФПР, називається резервним об'ємом.

У межах водосховища виділяють кілька зон. Безпосередньо до греблі підходить глибоководна (нижня) зона. Далі йде проміжна (середня) зона, або зона середніх глибин, котра залежно від рівня води може бути глибоководною (при НПР) або мілководною. Верхня (мілководна) зона займає значну частину рівнинних водосховищ. У місці впадання річки знаходиться зона змінного підпору.

1. Гідрологічний режим водосховищ.

Найхарактернішим показником, що визначає гідрологічний режим водосховища, є його водний баланс. Рівняння водного балансу має таку ж структуру, як і для озера, але лише з тією різницею, що в прибутковій частині провідну роль відіграє притік річкових вод, а у видатковій – стік води.

На опади припадає лише 2-3% прибуткової частини, на випаровування – не більше 10% видаткової (хоча на півдні останній показник може збільшуватися).

Водосховища відрізняються від озер ще й тим, що в них спостерігається більш інтенсивний водообмін завдяки більшій проточності. Проточність водосховища в загальному випадку тим більша, чим більший його корисний об'єм.

Залежно від зміни кількісних характеристик складових частин водного балансу відбуваються й коливання рівнів води у водосховищах. У період зимової межені водосховище, як правило, спорожнюється, що спричинює пониження рівнів води. Цей процес продовжується до початку водопілля; в цей час і спостерігаються найнижчі рівні води за весь рік. З настанням водопілля починається накопичення води, тобто йде заповнення водосховища. Найвищі рівні води бувають під час (або трохи пізніше) (максимальних витрат води в річці. Після цього й аж до наступного паводку чи водопілля водосховище поступово спорожнюється.

Здебільшого на рівнинних водосховищах режим протікання води мало відрізняється від озерного. Найбільші швидкості течії спостерігаються, як правило, над затопленими річковими руслами, а в прибережних смугах і затоках рух води практично відсутній.

Велику роль у гідрологічному режимі водосховищ відіграє хвилювання, з яким пов'язане й руйнування його берегів.

На водосховищах, як і на озерах, характерні згінно-нагінні коливання рівня.

Течії у водосховищах мають багато загального з течіями озер і відрізняються більш складною просторовою структурою та нестаціонарним характером.

Хвилювання на водосховищах залежить від їх розміру. Зазвичай воно слабкіше, ніж на озерах, але сильніше ніж на річках. Висота хвилі може досягати 2-3 м.

Водосховища, як і озера, є акумуляторами наносів.

Відкладення у чаші водосховищ дрібних (завислих) наносів називають замуленням, крупних – занесенням. Завдяки замуленню формується товща донних відкладів водосховища.

Береги водосховищ за своєю еволюцією поділяють на три групи: абразивні, які зазнають постійного руйнування; стабільні, які не руйнуються; та акумулятивні, які нарощуються за рахунок перевідкладення наносів. На рівнинних річках (Волга, Дніпро, Дон) абразивними є 40-50% берегів, стабільними – 40-50% і акумулятивними – 5-15%. Такий розподіл можна пояснити тим, що більшість водосховищ на цих річках достатньо "молоді" і їхня берегова зона зараз активно формується.

Від географічного положення, типів водосховищ та еволюційних процесів у них залежить їхній гідробіологічний режим. Чим менший коефіцієнт водообміну водосховища, тобто чим повільніше буде проходити зміна водних мас, тим чіткіше буде виражена трансформація річкового гідробіологічного та гідрохімічного режимів у режим, характерний для озер. Після спорудження водосховища річкові організми поступово замінюються на озерні. В теплий період року можливе "цвітіння" води. Це явище характерне, наприклад, для водосховищ Дніпровського каскаду.

У перші роки експлуатації водосховищ на їхній гідрохімічний і гідробіологічний режими суттєво впливає затоплений рослинний та ґрунтовий покрив. Розпад решток затопленої рослинності може негативно позначитись на якості води, оскільки внаслідок цього процесу зменшується вміст кисню у воді, що обумовлює задухи риби та інших організмів.

1. Термічний і льодовий режим водосховищ.

Термічний режим водосховищ відрізняється від термічного режиму річок неоднорідністю розподілу температури води за довжиною, шириною й глибиною, а в глибоких та великих водосховищах відрізняється нестабільним характером.

Інтенсивне прогрівання водосховища відбувається спочатку поблизу гирла приток. В районах мілководдя. В цей період температура може спостерігатися одночасно від 0 ⁰С до 10 ⁰С (у різних місцях водосховища) і мати зворотну, пряму стратифікацію і гомотермію. В період осіннього охолодження характерна гомо термія майже до появи криги, коли температура приблизно 0 ⁰С по усій глибині, що пов’язано з вітровим перемішуванням водної маси мілководного водосховища.

Льодовий період на водосховищах, як і в озерах, більш триваліший ніж на річках. Товщина льоду на водосховищах також більша ніж на річках.

1. Вплив водосховищ на природне середовище.

Штучні водойми створювалися. людиною здавна, але прискорений темп їх будівництва припадає на середину минулого століття. Так, до 1950 р. на річках України, наприклад, загальна площа штучних водойм не перевищувала 100 000 га, а повний об'єм їх становив 1,4 км³, а нині водосховища та стави займають 11 782 км² і вміщують 58,2 км³ води, тобто у водосховищах накопичений об’єм води, який перевищує середньорічний стік Дніпра і в цілому водні ресурси України, що формуються на її території в середні за водністю роки.

Водосховища в більшості випадків використовуються комплексно. Вони дають можливість вирішувати питання гідроенергетики, водного транспорту, зрошення, обводнення, осушення, водопостачання, рибного господарства, каналізації, благоустрою.

Разом з тим водосховища змінюють оточуюче природне середовище. Так, спорудження водосховищ призвело до збільшення об’єму зарегульованих вод суші майже на 6000 км³ й уповільнення водообміну приблизно в 5 разів. Щодо Дніпра, то його водообмін уповільнився в 7-11 разів.

Спорудження гребель водосховищ веде до зменшення стоку води в річках. Разом з тим штучні водойми змінюють внутрішньорічний розподіл стоку, збільшуючи при цьому його меженну складову.

У результаті спорудження гребель водосховищ та акумуляції в них наносів суттєво зменшується також і стік наносів річок. Так, наприклад, каскад водосховищ на Міссісіпі зменшив у середньому стік завислих наносів із 450 до 295 млн. т, тобто більше як на третину.

Водосховища можуть змінювати й термічний режим річок, спричинювати затоплення і підтоплення земель та "цвітіння" води, погіршувати умови проходу на нарест риби, тощо.

1. Значення озер та водосховищ у народному господарстві.

Озера та водосховища мають велике господарське значення. Види їх використання різноманітні. Так, великі озера (Байкал, Каспійське море, Ладозьке, Онезьке в Євразії, група Великих північноамериканських озер та ін.) використовуються для судноплавства і риболовства. Господарські цінними є озерні відклади, особливо органогенні й хімічні. Зокрема з відкладів сапропелевої групи (бітумінозних сланцевих глин і вапняків, нафтомістких сланців) при відповідній обробці можна одержувати бензин, газ, мастильні масла, а з відкладів діатомітів – будівельний матеріал. Деякі види сапропелю використовуються як корм для худоби.

До хімічних відкладів озер відносяться різні мінеральні солі та хімічні елементи (кухонна сіль, мірабіліт, сода, калій, натрій, бром тощо), які використовуються як цінна сировина для хімічної, фармацевтичної, електрометалургійної промисловості, а також як добрива. Наприклад, кухонну сіль одержують із відкладів озер Ельтон і Баскунчак, глауберову – із солоного озера Кара-Богаз-Гол.

Залізисті відклади, які концентруються переважно в озерах Кольського півострова, Карелії та Норвегії і утворюють озерні залізні руди, використовуються для виплавки металу.

Мули мінеральних озер мають високі лікувальні якості і широко використовуються в бальнеологічних закладах, зокрема в Євпаторії, на Кавказьких Мінеральних водах, у Старій Русі, Естонії тощо. Води озер використовуються для водопостачання і зрошення, а також для одержання електроенергії (наприклад, оз. Севан).

Озера широко використовуються в рекреаційних цілях (для відпочинку, туризму). Дуже велике значення для народного господарства мають водосховища і стави, котрі саме й створюються з метою комплексного використання водних ресурсів річок, тобто для одночасного вирішення кількох народногосподарських завдань. Класичним прикладом регулювання стоку річки водосховищами з метою комплексного його використання може слугувати Дніпро.

Дніпровські гідровузли і водосховища біля них дозволяють вирішувати питання гідроенергетики, водного транспорту, зрошення, обводнення, осушення, водопостачання, рибного господарства, боротьби з повенями, відпочинку тощо. Так, на дніпровських електростанціях у середній за водністю рік виробляється біля 10 млрд. квт./год. електроенергії. Оскільки енергетичний потенціал Дніпра майже вичерпаний, в умовах дефіциту паливно-енергетичних ресурсів сьогодення вивчають можливість створення водосховищ на середніх та малих річках і використання їхніх енергоресурсів.

Завдяки водосховищам дніпровською водою зрошується понад 1,3 млн. га земель. Для порівняння відзначимо, що без цих водосховищ можна було б зрошувати не більше 0,1-0,12 млн. га.

Значна кількість води забирається з водосховищ для водопостачання населених пунктів і промислових підприємств, які розташовані не тільки вздовж Дніпра, а й на значній відстані від нього (Криворіжжя, Донбас, Крим, Харківщина). Всього на різні потреби безповоротно забирається біля 10 км³ води щорічно.

Зі створенням водосховищ значно поліпшилися умови судноплавства на Дніпрі, оскільки суттєво збільшились судноплавні глибини (до 3,65 м

Важливе значення мають водосховища для розвитку рибного господарства; в них є умови для застосування прогресивних технологій риборозведення з направленим формуванням промислових риб (лящ, судак, сазан) та акліматизації нових видів (товстолобик, білий амур). У водосховищах Дніпра, наприклад, нині щорічно виловлюється близько 18 000 т риби, а до створення їх виловлювали лише 5 000 т.

Зарегульованість стоку Дніпра дала можливість вирішити проблему боротьби із затопленням значних площ під час високих весняних водопіль, що раніше завдавало значної шкоди народному господарству.

Водосховища на Дніпрі сприяють організації масового відпочинку населення.

Проте не можна не відзначити, що створення водосховищ має й негативні наслідки. Так, у Подніпров’ї було затоплено і відведено під інженерні споруди близько 718 000 га земель, з них 242 000 га сільськогосподарських угідь. У водосховищах має місце "цвітіння" води, від чого погіршується її якість у зоні водосховищ, підтоплюються землі (близько 30 000 га), відбувається хвильова переробка (руйнування) берегів, в донних ocaдах накопичуються забруднюючі та радіоактивні речовини, різко зменшується кількість прохідних і напівпровідних риб (лососеві, осетрові), а в деяких випадках вони взагалі зникають.

Дуже різноманітне використання малих водосховищ – ставків, яких лише в Україні налічується понад 23 000. Це й водопостачання, зрошення риборозведення, вирощування водоплавної птиці, водопій худоби, місця відпочинку населення, запаси води на випадок пожеж тощо.

Дата добавления: 2014-01-04