Геосайт "Ничто так не помогает повторять географию, как извержения вулканов и землетрясения." Дон-Аминадо.
Главная

Материки

Географические открытия

Природа Земли

Календарь

Словари. Справочники

Воронежская область

Водохранилища

История строительства водохранилищ

Водохранилища – это искусственные водоемы, созданные для накопления и последующего использования воды и регулирования стока. Первые водохранилища появились на Земле более 4 тыс. лет назад. Их строили для целей орошения земель и борьбы с наводнениями в Древнем Египте, Месопотамии и Китае. Несколько позже началось сооружение водохранилищ в Индии, Сирии, Иране и Египте. Так, например, плотина Карнальбо, была построенная на р. Альбаррегас в Испании во II в. до н.э., а образовавшееся в результате водохранилище объемом в 10 млн. м3, существует до сих пор. А сасым древним на Земле является водохранилище с плотиной Садд-эль-Кафара, созданное в древнем Египте в 2950-2750 гг. до н.э. Имеются данные о строительстве водохранилищ ацтеками, майя и инками в доколумбовой Америке. К сожалению, большинство их было разрушено испанскими конкистадорами в XV-XVI вв.

В III-IX и особенно в XII-XIII вв. в Европе широкий размах приобрело строительство мельничных плотин с небольшими прудами-водохранилищами. В XVIII-XIX вв., в эпоху промышленной революции, небольшие водохранилища создавались при горнорудных предприятиях, металлообрабатывающих и лесопильных заводах, прядильно-ткацких фабрик, а также для водоснабжения.

Несмотря на тысячелетнюю историю строительства, водохранилища с полным основанием можно назвать порождением нашего века. Полный объем всех водохранилищ планеты, существовавших к концу XIX в., составлял всего 15 км 3. Теперь же только одно Братское водохранилище на р. Ангаре имеет объем 169 км3, что в 11 с лишним раз превышает объем всех водохранилищ планеты, существовавших на рубеже двух веков.

По данным А. Б. Авакяна массовый и повсеместный характер создание водохранилищ приобрело за последние 50 лет, когда их число возросло на земном шаре в четыре раза, а суммарный объем увеличился в десять раз, в том числе в странах Латинской Америк и – в 35 раз, Африки – в 60 раз и Азии – в 90 раз. За это период были построены все самые крупные водохранилища нашей планеты.

Размещение и размеры водохранилищ.

Сейчас в мире эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ и ежегодно появляется несколько сот новых.. Их полный объем превышает 6,6 тыс. км 3, а площадь водного зеркала – более 400 тыс. км 2, а с учетом подпруженных озёр – 600 тыс. км 2. Для сравнения это площадь пятнадцати Азовских морей.

Ежегодно в строй вступают от 300 до 500 новых водохранилищ. Многие крупные реки планеты – Волга, Ангара, Миссури, Kолорадо, Парана, Теннеси и др. – превращены в каскады водохранилищ. А по прогнозам ученых через 30-50 лет водохранилищами будет зарегулировано 2/3 речных систем Земли.

В водохранилища превращены некоторые озера (Байкал, Онежское, Виктория, Виннипег, Онтарио и др.) путем повышения уровня с помощью плотин, построенных вблизи истоков вытекающих из них рек.

Водохранилища имеются на всех континентах (кроме Антарктиды), во всех странах, во всех географических зонах (кроме арктической), во всех высотных поясах, вплоть до подножия горных ледников. Однако из-за многообразия природных и социально-экономических условий размещены они по территории земного шара и в пределах большинства государств очень неравномерно.

На территории Европы более 3 тыс. преимущественно небольших водохранилищ. Только в европейской части России, Финляндии, Норвегии, Испании, Греции есть водохранилища объемом более нескольких кубических километров. На территории Северной Америки (Канада, США, Мексика) имеется свыше 3 000 водохранилищ, а на территории Южной Америки их не более 500. На территории Азии, Африки и Австралии существует около 3 700 водохранилищ, самые крупные из них находятся в России, АРЕ, Гане, КНР, Родезии, Ираке и др.

Водохранилища существенно преобразовали ландшафт многих речных бассейнов. Их создание изменило не только облик самих рек, но и природу прилегающих территорий в общей сложности на площади 1,5 млн. км 2, что равно суммарной площади таких европейских государств, как Франция, Испания, Великобритания и ФРГ.

Хотя водохранилища созданы и эксплуатируются человеком, развиваются они по законам природы, воздействуют на нее, неразрывно с нею связаны и являются ныне ее неотъемлемой частью.

Главная цель создания водохранилищ – регулирование речного стока. Они строятся в основном в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения, лесосплава, рыбного хозяйства, в рекреационных целях и в целях борьбы с наводнениями. Для этого в водохранилищах аккумулируется сток в одни периоды года и отдается накопленная вода – в другие.

Среди показателей, характеризующих размеры водохранилищ наиболее важны объем и площадь водного зеркала, поскольку именно этими параметрами определяется в значительной степени воздействие на окружающую среду. Площадь, объем и глубина водохранилищ колеблются в широких пределах. Площадь изменяется от 1-2 км 2 до 5 740 км2 (Братское) и 8 480 км2 (Вольта), объем – от 1 млн. м3 до 169,3 млрд. м3 (Братское) и 204,8 млрд. м3 (Виктория), глубина – от нескольких до 300 м и более: Вайонт (262 м) в Италии, Гранд-Диксанс (284 м), Швейцарии, Нурекское (300 м) и Рогунское (306 м) в Таджикистане.

По величине площади водохранилища классифицируются на крупнейшие (с площадью водного зеркала более 5000 км2), очень крупные (5000-500 км2), крупные (5000-100 км2), средние (100-20 км2), небольшие (20-2 км2) и малые с площадью зеркала воды менее 2 км2. Совсем малые водохранилища, создаваемые на мелких звеньях гидрографической сети, называют прудами, а в земляных выемках – копанями.

Крупнейших водохранилищ (без учета озер-водохранилищ) это водохранилища-гиганты: Вольта, Братское Кариба, и Насер. Очень крупные водохранилища составляют около 1 % всех водохранилищ, крупные – 5 %, средние – 15 %, небольшие – 35 % и малые – 44 %. Как видим, основная масса искусственных водоемов представлена небольшими и малыми водохранилищами.

К наиболее глубоким водохранилищам, помимо упомянутых выше, относятся Барука (260 м) – в Коста-Рике, Мика (235 м) – в Канаде, Саянское (220 м) – в России. Наибольший объем воды имеют такие гиганты, как Братское водохранилище (169 км3), Кариба (160 км3), Насер (157 км3), Вольта (148 км3), Гури (135 км3), Красноярское и Вади-Тартар (по 73 км3). К наиболее протяженным относятся следующие водохранилища: Куйбышевское (650 км), Братское (565 км), Волгоградское (540 км) и Насер (500 км).

Крупнейшие водохранилища мира.

Водохранилище (река, озеро) Страна Объем полный, км3 Объем полезный, км 3 Площадь полная, км2 В т.ч. площадь подпруженного озера, км2 Напор, м Год заполнения
Виктория [Оуэн-Фолс] (Виктория Нил, оз. Виктория) Уганда, Танзания, Кения 205 205 76000 68000 31 1954
Братское (Ангара) Россия 169 48,2 5470 106 1967
Кариба (Замбези) Замбия, Зимбабве 160 46,0 4450 100 1963
Насер [Садд-эль-Аали] (Нил) Египет, Судан 157 74,0 5120 –td> 95 1970
Вольта (Вольта) Гана 148 90,0 8480 70 1967
Красноярское (Енисей) Россия 73,3 30,4 2000 100 1967
Зейское (Зея) Россия 68,4 32,1 2420 98 1974
Усть-Илимское (Ангара) Россия 59,4 2,8 1870 88 1977
Куйбышевское (Волга) Россия 58,0 34,6 5900 29 1957
Байкальское [Иркутское] (Ангара, оз. Байкал) Россия 47,6 46,6 32970 31500 30 1959
Вилюйское (Вилюй) Россия 35,9 17,8 2170 68 1972
Волгоградское (Волга) Россия 31,4 8,2 3115 27 1960
Онтарио [Ирокуэй] (р. Св. Лаврентия, оз. Онтарио) Канада, США 29,9 29,9 19560 19500 23 1958
Саяно-Шушенское (Енисей) Россия 29,1 14,7 633 220 1987
Рыбинское (Волга) Россия 25,4 16,7 4550 18 1949
Колымское (Колыма) Россия 14,6 6,5 440 117 1983
Онежское [Верхнесвирское] (Свирь, оз. Онежское) Россия 13,8 13,1 9930 9700 17 1952
Саратовское (Волга) Россия 12,4 1,8 1830 15 1968
Каиское (Кама) Россия 12,2 9,2 1915 21 1956


Данные по А. Б. Авакяну, В. Р. Салтанкину, В. А. Шарапову, В. Н. Михайлову, А. Д. Добровольскому, С. А. Добролюбову.

Площади водохранилищ и другие морфометрические элементы сильно меняются при наполнении и сработке уровня воды. Так, площади Куйбышевского, Рыбинского и Цимлянского водохранилищ сокращаются в 1,5-2 раза при максимальном снижении уровней по сравнению с наивысшим проектным уровнем, что, естественно, отражается на изменении их гидрологического режима, преобразовании берегов и дна котловины.

Амплитуда колебаний уровня воды в разных водохранилищах изменяется также в широких пределах – от нескольких десятков сантиметров для равнинных водохранилищ до многих десятков и более 100 м для горных водохранилищ.

Чрезвычайно многообразна форма акваторий водохранилищ. Преобладают водохранилища вытянутой формы с более или менее извилистой береговой линией, но немало также водоемов простой (округлой, овальной) и очень сложной (корневидной, вилообразной, многолопастной и др.) формы.

В странах СНГ в настоящее время насчитывается свыше 4 тыс. водохранилищ объемом более 1 млн м 3. Их суммарный полный объем превышает 1 200 км 3, площадь зеркала составляет 87 тыс. км 2 (т;е, больше территории Австрии), а с учетом подпруженных озер – 145 тыс. км 2. На водохранилища России приходится около 15 % их общего количества в мире и 20 % объема площади. Длина береговой линии водохранилищ превышает длину береговой линии морей, омывающих нашу страну. На берегах водохранилищ проживает 20 млн. человек.

Первые, существующие и поныне, небольшие водохранилища были сооружены в конце XVII – начале XVIII в Карелии, Центральном районе и на Урале. Со второй половины XIX в. водохранилища стали строить на Украине, в Прибалтике, Туркмении и др. Первое водохранилище на Волге, Верхневолжский бейшлот, было создано более 150 лет назад, в 1843 г. Тогда в верховье Волги соорудили плотину, единственным назначением которой было задерживать весенние воды и затем летом спускать их, чтобы увеличить судоходные глубины на Верхней Волге до Рыбинска.

Наиболее интенсивно создание и наполнение водохранилищ происходило в послевоенные годы: в 1955-1960 гг., в 1965-1970 гг. и в 1975-1980 гг. В первый период суммарный объем водохранилищ увеличился на 218 км 3, во второй – на 338 км 3 и в третий – на 178 км 3 (Авакян).

Большинство крупных и средних водохранилищ имеют комплексное назначение, т.е. удовлетворяют потребности одновременно нескольких отраслей народного хозяйства (энергетики, орошения, водного транспорта, водоснабжения). Малые водохранилища зачастую создаются для решения одной конкретной задачи – либо для энергетических целей, либо для целей орошения и т.д.

По территории России водохранилища размещены неравномерно. Велик удельный вес суммарного объема (45 %) и площади водного зеркала (более 35 %) водохранилищ Восточной Сибири и Дальнего Востока). Большие объемы воды заключены в горных водохранилищах Средней Азии (при относительно малой их площади), в предгорных Казахстана (на реках Иртыше и Или), в водохранилищах Волжско-Камского каскада.

В центральных и северных районах европейской части России водохранилища создаются, как правило, для энергетики и водного транспорта; на Северном Кавказе – для решения задач энергетики и орошения; в южных засушливых районов – в первую очередь для орошения; в Сибири – для энергетики и водного транспорта, а на Дальнем Востоке – еще и борьба с наводнениями.

В целом водохранилища создаются для решения определенных народохозяйственных целей, а развиваются по природным законам.

Водохранилища. Особенности и функции

Водохранилища – искусственные водоемы с объемом воды более 1 млн. м3, образованные в долинах рек в результате накопления воды перед плотиной. Они перераспределяют (регулируют) речной сток во времени: как по сезонам, так и в многолетнем разрезе. На крупных реках создаются каскады водохранилищ, причем наиболее оптимальные условия для функционирования всей речной системы создаются тогда, когда подпор нижнего водохранилища достигает водохранилища, расположенного выше по течению (Волго-Камский каскад, Ангарский, Днепровский и др.). Малые водоемы, создаваемые в долинах ручьев и балках, называются прудами, а в искусственных котлованах – копанями.

Участок реки выше плотины, на который распространяется влияние водохранилищ (включая их самих), называется верхним бьефом, участок реки с измененными характеристиками морфологии и стока ниже плотины – нижним бьефом.

По форме в плане и по строению котловины водохранилища делят на речные и озерные. Речные образуются в результате затопления долин рек (например, Саяно-Шушенское), озерные – при затоплении не только речных долин, но и прилежащих к ним водораздельных пространств (например, Рыбинское) и подтопления существующих озер (например, Иркутское, включающее в себя озеро Байкал, уровень которого искусственно повышен на 2 м).

У водохранилищ двойственная природа: они совмещают в себе черты рек и озер. С рекой их сближает поступательное движение воды, с озером – замедленный водообмен. В крупных водохранилищах выделяют три части. Нижняя – приплотинная, самая глубокая, по режиму наиболее близка к озеру: здесь течение слабое, наблюдается расслоение водной толщи по температуре. Средняя обладает промежуточным режимом. Верхняя – наиболее мелководная, по режиму чаще напоминает реку, так как озерный режим здесь устанавливается только в период полного заполнения водохранилища на максимальную высоту; ее называют зоной переменного подпора.

Водохранилища обладают рядом особенностей:

1) они испытывают значительные изменения уровня воды в течение года, по связаны эти колебания не с природными факторами, а с искусственным регулированием стока – накоплением и сбросом вод;

2) проточность 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;

3) минерализация вод водохранилищ больше, чем у рек, особенно в жарком поясе, где велико испарение;

4) у водохранилищ происходит интенсивная деформация береговой зоны ветровыми волнами, преобразование крутых берегов идет по абразионному типу, пологих – по аккумулятивному;

5) интенсивная аккумуляция наносов приводит к заилению водохранилищ: на горных реках они заиливаются быстро – за десятки лет вследствие обильного стока наносов, на равнинных реках дольше – за сотни лет.

Ниже водохранилищ полностью меняется тепловой режим рек. Из крупных и глубоких водохранилищ в нижний бьеф, как правило, сбрасываются глубинные слои воды с температурой, близкой к +4°С. В результате ниже плотин температура воды в реках на большом расстоянии летом оказывается значительно меньше нормы, что делает невозможным купание в них, а зимой в умеренном климате – выше нормы, из-за чего там образуются протяженные полыньи.

В настоящее время на земном шаре эксплуатируется более 40 тыс. водохранилищ.

 

Суммарная площадь их водного зеркала составляет около 400 тыс. км3. Самое большое по площади водохранилище – Вольта на реке Вольта в Западной Африке – 8480 км2, самое большое по объему воды (169,3 км3) – Братское водохранилище, самое глубокое (61 м) – Боулдер-Дам на реке Колорадо.

Водохранилища создаются обычно для многих целей; в первую очередь это энергетика, так как ГЭС вырабатывают большое количество дешевой и относительно чистой в экологическом отношении электроэнергии. Благодаря регулированию стока уменьшается риск наводнений и поддерживается экологически необходимый уровень рек в течение меженного периода, что позволяет осуществлять бесперебойное круглогодичное водоснабжение, орошение, обводнение территорий. Каскады водохранилищ на реках обеспечивают работу единых глубоководных транспортных магистралей. Водохранилища – зоны отдыха, рыболовства, рыбоводства, разведения водоплавающей птицы. Нетрудно заметить, что хотя все перечисленные задачи относятся к разным областям деятельности человека, их решение может осуществляться только в комплексе, при учете взаимных требований, и в первую очередь требований экологии. К сожалению, наряду с положительным значением водохранилища вызывают нежелательные, но неизбежные последствия: выше плотин – это затопление земель, прежде всего богатых пойменных лугов; подтопление лесов, сельскохозяйственных угодий, городских территорий; заболачивание земель выше плотины в зоне влияния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; ухудшение качества воды в водохранилищах из-за снижения естественной самоочищающей способности и избыточного развития сине-зеленых водорослей, что пагубно для обитающих в воде живых организмов. В нижних бьефах, наоборот, происходит врезание рек, вызывающее ухудшение условий водоснабжения и судоходства; уровни грунтовых вод и частота затопления пойм снижаются, что приводит к остепнепию пойм и потере их урожайности. Плотины водохранилищ препятствуют нересту рыбы, причиняя ущерб рыбоводству, и т. д. Крупные водохранилища оказывают влияние на климат прибрежных территорий, аналогичное влиянию озер.

 

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М.: Просвещение, 2004. - 288 с.