31. Гидроморфологические особенности водохранилищ

Для морфологических и морфометрических характеристик водохранилищ применимы те же показатели, что и для озер. Из морфометрических характеристик водохранилища наиболее важны площадь его поверхности F и объем V. Форма водохранилища определяется характером заполненного водой понижения. Котловинные водохранилища обычно имеют озеровидную форму, долинные – вытянутую. Многие долинные водохранилища расширяются по направлению к плотине, имеют изрезанные берега и многочисленные заливы (затопленные устья притоков). Форма водохранилища изменяется с изменением уровня воды.

Любое водохранилище рассчитывается на накопление некоторого объема воды в период наполнения и на сброс этого же объема в период сработки. Накопление нужного объема воды сопровождается повышением уровня до некоторой оптимальной величины. Такой уровень обычно достигается к концу периода наполнения, может поддерживаться плотиной в течение длительного времени и называется нормальным подпорным уровнем (НПУ) (рис. 46). В ред ких случаях, во время высокого половодья или больших паводков, допускается временное превышение НПУ на 0,5-1 м. Такой уровень называют форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Предельно возможным снижением уровня во- ды в водохранилище является достижение уровня мертвого объема (УМО), сработка ниже которого вообще невозможна.

Рис. 46. Основные элементы (а) и зоны (б)

водохранилища (по А. Б. Авакяну,В. П. Салтанкину, В. А. Шарапову);

1 – плотина; 2 – верхний бьеф плотины (гидроузла); 3 – нижний бьеф плотины (гидроузла); 4 – река выше водохранилища;5 – река в нижнем бьефе; 6 – зона выклинивания подпора; 7, 8, 9 – верхняя, средняя и нижняя зоны водохранилища; 10, 11 – меженный и половодный (паводковый) уровни воды в реке до сооружения водохранилища; 12, 13 – меженный и половодный (паводковый) уровни воды в реке в условиях подпора; ФПУ – форсированный подпорный уровень; НПУ – нормальный подпорный уровень; УМО – уровень мертвого объема; РО – резервный объем; ПО – полезный объем; МО – мертвый объем

Объем водохранилища, находящийся ниже УМО, называется мертвым объемом (МО). Для регулирования стока и периодической сработки используют объем водохранилища, находящийся между УМО и НПУ. Этот объем называют полезным объемом (ПО) водохранилища. Сумма полезного и мертвого объемов дает полный объем, или емкость водохранилища. Объем воды, заключенный между НПУ и ФПУ, называют резервным объемом. В пределах запрудного водохранилища выделяют несколько зон: зону переменного подпора, верхнюю, среднюю и нижнюю.

32. Современные береговые процессы на водохранилищах

Перемещение наносов в озерах, водохранилищах.

Вследствие перемещения наносов наблюдается заиление водохранилищ и озер. Интенсивность заиления озер и водохранилищ зависит от геологиче¬ского строения водосборов, твердого стока питающих рек, интен¬сивности размыва берегов, гранулометрического состава наносов, водообмена, наносоудерживающей способности, динамики вод и морфометрических особенностей водоемов. Крупные равнинные водохранилища, расположенные в районах с незначительным твер-дым стоком, отличаются весьма малой интенсивностью заиления.

Переформирование берегов в озерах, водохранилищах.

Берега озер и водохранилищ формируются под воздействием природных и антропогенных факторов, главными из которых яв¬ляются ветровые волны и колебания уровней воды. Под воздейст¬вием волн происходят процессы абразии берегов, аккумуляции смытого материала и вдольбереговой его перенос. Колебания уров¬ней воды определяют вертикальную зону волнового воздействия на берега, ширину зоны затопления и переработки берегов. Процессы затопления и подтопления берегов и волновая деятельность способ¬ствуют развитию геодинамических процессов: обвалов, оползней, суффозии, просадок, а в определенных условиях – карста. В дальнейшем формирование берегов идет под совокуп¬ным воздействием гидрологических и геодинамических факторов. Такими условиями яв¬ляются: геологическое строение берегов (литологический состав, физико-механические свойства, условия залегания горных пород), первоначальный рельеф котловины (высота, крутизна, изрезанность берегов), растительный покров, распаханность склонов и т. д.

33.Водохозяйственный баланс водохранилищ. Уровневый режим.

Водный баланс водохранилищ, так же как и водный баланс озер, может быть охарактеризован уравнением: х + у пр + y c6p + z ко нд + w пр = у ст + у вдзб + z ис п + w c т ±  u , в среднем для многолетнего периода — уравнением:

Xоз + Yпр = Yст + Zоз.

Характерная черта структуры водного баланса водохранилищ – преобла- дание притока речных вод в приходной и преобладание стока вод в расходной части уравнения водного баланса. На долю осадков в большинстве случаев приходится лишь 2-3\% прихода вод, на долю испарения – обычно не более 10\% расхода вод. Основная причина этого – весьма большие значения величины удельного водосбора φ для большинства водохранилищ.

Для водохранилищ, расположенных в условиях избыточного и достаточ- ного увлажнения, Yпр < Yст, т. е. ниже водохранилища происходит некоторое увеличение речного стока. Наоборот, в условиях недостаточного увлажнения Yпр > Yст, при этом в водохранилищах теряется часть стока, тем больше, чем больше величина zвдхр- xвдхр и площадь водохранилища.

Интенсивность водообмена для водохранилищ обычно больше чем для

озер. Поскольку роль местных осадков и испарения в водном балансе большин- ства водохранилищ невелика, значения коэффициента условного водообмена для водохранилищ, обычно значительно больше, чем для озер, что объясняется меньшими объемами искусственных водоемов.

Колебания уровня воды в водохранилищах в основном являются следст- вием искусственно регулируемого процесса наполнения и сработки водохранилища и могут быть оценены с помощью полного уравнения водного баланса водоема.

В период наполнения, обычно во время половодья и паводка на реке, уровень воды в водохранилище может подняться на значительную величину (иногда от уровня мертвого объема до нормального подпорного уровня). На такую же величину уровень снижается в период сработки водохранилища. В равнин- ных водохранилищах величина сезонных колебаний уровня составляет обычно 5-7 м, на горных 50-80 м, т. е. она значительно больше, чем на озерах. Велика на водохранилищах и интенсивность сезонных повышений и понижений уров- ня воды. Существенно меньшие по величине колебания уровня сопутствуют недельному и суточному режиму наполнения и сработки водохранилищ. Наибольшие колебания уровня свойственны нижней зоне водохранилища, в зоне переменного подпора изменения уровня сходны с речными.

Так же как и на озерах, на водохранилищах (особенно на мелководьях) довольно обычны сгонно-нагонные колебания уровня. Для долинных водохранилищ наиболее значительные сгонно-нагонные колебания уровня наблюдают- ся в тех случаях, когда ветер дует вдоль водохранилища.

Течения в водохранилищах имеют много общего с течениями в озерах, но отличаются более сложной пространственной структурой и нестационарным

характером. Наиболее сильные течения наблюдаются иногда в затопленных речных руслах, в заливах встречаются застойные зоны. В водохранилищах с большой площадью поверхности, как и в озерах, наблюдаются сильные ветровые течения, во многих водохранилищах – плотностные течения.

Волнение на водохранилищах зависит от их размера. Обычно оно слабее, чем на озерах, но сильнее, чем на реках. На больших водохранилищах высоты волн достигают 2–3 м. Важнейшие последствия ветрового волнения на водохранилищах – вертикальное перемешивание вод, особенно на мелководьях, абразия берегов, ухудшение условий жизнедеятельности макрофитов.