Термический и ледовый режим водохранилищ

Термический режим водохранилищ отличается от термического режима рек неоднородностью распределения температуры воды по длине, ширине и глубине. Термический режим крупных и глубоких водохранилищ сходен с аналогичным режимом озер (см. разд. 7.7), однако отличается от него более нестабильным характером. Наиболее типичен «озерный» тип термического режима для слабопроточных участков водохранилищ, где обычно наблюдается температурная стратификация.

Своеобразен термический режим водохранилищ, специально используемых для охлаждения вод, сбрасываемых с тепловых и атомных электростанций. В таких водоемах-охладителях температура воды может повышаться заметно выше значений, характерных для естественного хода термических процессов.

Период ледовых явлений на водохранилищах, как и в озерах, обычно продолжительнее, чем на реках в тех же географических условиях. Толщина льда на водохранилищах также больше, чем на реках. Если водохранилище осуществляет недельное или суточное регулирование стока, то частые колебания уровня удлиняют период замерзания. Во время зимней сработки водохранилищ с сезонным и многолетним регулированием большие объемы льда оседают на берегах.

ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВОДОХРАНИЛИЩ

Особенности гидрохимического и гидробиологического режимов водохранилищ определяются в основном тремя обстоятельствами: 1) интенсивностью водообмена, 2) характером грунтов и растительности в зонах затопления и подтопления и 3) режимом накопления и сработки вод, величиной и интенсивностью колебаний уровня воды. Контроль за режимом гидрохимических и гидробиологических характеристик водохранилищ весьма актуален, поскольку многие из этих водоемов используются для водоснабжения, в том числе питьевого.

Чем меньше коэффициент условного водообмена водохранилища, тем сильнее выражена происходящая в результате сооружения водохранилища трансформация речного гидрохимического и гидробиологического режима в режим, характерный для озер. В глубоких водохранилищах отмечаются увеличение минерализации вод и уменьшение содержания растворенного кислорода с глубиной. В придонных слоях возможно скопление вод пониженного качества. После сооружения слабопроточного водохранилища происходит замена «речных» организмов на «озерные». Появляется озерный фито- и зоопланктон. В теплую часть года возможно «цветение» воды (это весьма неблагоприятное явление характерно, например, для водохранилищ Днепровского каскада). Формируется ихтиофауна, свойственная водоемам с замедленным водообменом.

Существенное влияние на гидрохимический и гидробиологический режим водохранилищ в первые несколько лет после их заполнения оказывают оставшиеся под водой растительность и почвенный покров. Разложение остатков растительности в зоне затопления может отрицательно повлиять на качество воды. Этот процесс ведет к уменьшению содержания кислорода в водной толще вплоть до возникновения существенного дефицита О₂, приводящего к замору рыб.

Большие и резкие колебания уровня воды во многих водохранилищах ведут к формированию обширной береговой зоны с переменным режимом затопления и осушки, на которой не может сформироваться характерная для озер литораль со специфическими макрофитами и бентосом. Свойственная озерам зональность в распределении по глубине различных видов растительности (см. рис. 7.14) в водохранилищах с большими колебаниями уровня выражена значительно слабее.

ЗАИЛЕНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПЕРЕФОРМИРОВАНИЕ

ИХ БЕРЕГОВ

Водохранилища, как и озера, являются аккумуляторами наносов. В уравнении баланса наносов (7.24) для водохранилищ в приходной части преобладают поступление наносов с речным стоком R⁺_реч и продукты размыва берегов R_бер(в первые десятилетия суще­ствования этих водоемов), а в расходной — аккумуляция наносов и сброс наносов с водой в нижний бьеф R^-_реч.

Так, по Н.А. Зиминовой, для Угличского водохранилища на реке Волге доля R⁺_реч и в приходной части уравнения баланса наносов с 1940 по 1968 г. изменилась соответственно с 29 до 63% и с 68 до 30%, т. е. вклад размыва берегов в баланс наносов неуклонно уменьшался. За этот же период доля R^-_речи R_аккизменилась соответственно с 35 до 68% и с 65 до 32%, т. е. доля транзитного выноса наносов увеличилась, а их аккумуляция уменьшилась. Отмеченные закономерности характерны для многих равнинных водохранилищ.

Отложение в водохранилище мелких (взвешенных) наносов называют заилением, крупных (влекомых) — занесением. Если не удается различить мелкие и крупные наносы, то процесс аккумуляции всей совокупности наносов в водохранилище называют заилением. В результате заиления формируется толща донных отложений водохранилища (см. рис. 6.23). При равномерном отложении наносов период заиления мертвого объема водохранилища τ_злможно приближенно определить по формуле

τ_зл =V_мо/W_R(1-σ), (8.1)

где V_мо— мертвый объем водохранилища, м³; W_R — средний годовой сток наносов реки, м³; σ — доля стока наносов, проходящая через водохранилище транзитом (для равнинных водохранилищ, а может достигать 0,3—0,4, для глубоких горных водохранилищ практически весь сток наносов реки задерживается в водохранилище и σ приближается к 0). Сток наносов реки, в свою очередь, определяют по формуле W_R = • 31,5 • 10⁶/r_отл где — средний годовой расход наносов, кг/с; 31,5 • 10⁶ —количество секунд в году; r_отл — плотность донных отложений, равная 700—900 кг/м³ для илистых отложений, 1900—1300 кг/м³ для песчанистого ила и илистого песка, 1500—2200 кг/м³ для песков и гравия с галькой.

Интенсивность отложения наносов и период заиления водохранилища (т. е. время его «жизни») зависят от стока наносов реки и объема водохранилища. В равнинных водохранилищах на реках с небольшим стоком наносов ежегодное нарастание дна невелико. Так, на Иваньковском и Рыбинском водохранилищах на Волге ежегодно отлагается слой наносов, равный в среднем 0,2 и 0,25 см соответственно (при максимальных значениях 1,9 и 6,0 см/год). Период заиления таких водохранилищ весьма велик. Интенсивность заиления небольших водохранилищ на реках с большим стоком наносов, в особенности в засушливых районах, очень велика. Например, в США некоторые водохранилища в пустынной зоне заполнялись наносами за 10—15 лет.

После сооружения водохранилища и повышения уровня воды в зону волновой переработки (абразии) попадают берега водохранилища — бывшие склоны долины. В результате абразии, как и на озерах, формируются береговой уступ, и абразионная отмель в верхней части берегового склона (см. рис. 7.1). Наиболее интенсивно разрушаются сложенные лёссовидными грунтами берега водохранилищ в степной, полупустынной и пустынной зонах. За первые 10 лет существования водохранилища берег может отступить на 200 м и более. Так, в первые годы существования Цимлянского водохранилища на Дону, по данным С.Л. Вендрова, отмечалось отступание берега со средней интенсивностью 9 м/год (при максимальных величинах размыва 50 м/год). В результате разрушения берегов могут пострадать строения и сельскохозяйственные угодья.

Наиболее крупные фракции продуктов волнового разрушения берегов водохранилищ идут в основном на формирование аккумулятивной части отмели, а более мелкие отлагаются в его глубоководных местах или выносятся в нижний бьеф.

ВОДНЫЕ МАССЫ ВОДОХРАНИЛИЩ

Гидрологическая структура водохранилищ, как показали Н.В. Буторин и К.К. Эдельштейн, обладает существенными особенностями. Хотя в водохранилищах, как и в крупных озерах, встречаются обе водные массы — первичная (речная) и основная (водная масса самого водохранилища, аналогичная озерной водной массе), соотношение их объемов отличается от соотношения, свойственного озерам. В крупных озерах на долю речной водной массы приходится небольшая часть общего объема вод (на Онежском озере в среднем менее 10—15%); в водохранилищах относительный объем речной водной массы возрастает (в Рыбинском водохранилище до 35—55% в половодье и 10—25% в межень). Водные массы в водохранилищах поэтому более подвижны, чем в озерах. Особенностью водохранилищ является также формирование специфической придонной водной массы в приплотинном районе как модификации основной водной массы.