авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

В. С. Вуглинский

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ

И ВОДНЫЙ БАЛАНС

КРУПНЫХ

ВОДОХРАНИЛИЩ

СССР

ЛЕНИНГРАД ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1991

У Д К 556.552

Рецензент С. К. Черкавский.

Ответственный редактор д-р геогр. наук К. К. Эдельштейн

В монографии д а н ы основные сведения о крупных водохранилищах СССР. Приведены

особенности водообмена в природно-техногенной системе речной бассейн — водохранилище.

Рассмотрены методические аспекты расчетов основных составляющих водного баланса водохранилищ и р я д а гидрометеорологических элементов д л я водной поверхности, а так ж е вопросы взаимосвязи компонентов водного баланса. Предложена трактовка понятия водных ресурсов. Выполнена количественная оценка водных ресурсов водохранилищ на современном этапе и в перспективе д о 2000 г.

П р е д л о ж е н ы методы оценки влияния водохранилищ на водные ресурсы рек, на осно вании которых получены данные об изменениях речного стока под влиянием крупных водохранилищ.

Книга рассчитана на гидрологов, географов, специалистов водного хозяйства, гидро техников имеющих дело с проектированием крупных водохранилищ. Она может быть использована т а к ж е студентами географических факультетов университетов и гидрометео рологических ВУЗов.

The m o n o g r a p h „ W a t e r Resources a n d Water Balance of the USSR Large Reservoirs" by V. S. V u g l i n s k y gives t h e main i n f o r m a t i o n on large reservoirs of t h e USSR. Pecu liarities of w a t e r exchange in rivers b a s i n — reservoir system are presented.

The main methodological aspects for the computation of t h e main w a t e r b a l a n c e com p o n e n t s of reservoirs and a n u m b e r of hydrometeorological components for w a t e r s u r f a c e a r e considered as w e l l a s t h e problems of water b a l a n c e components interaction. A defi nition of w a t e r resources is proposed. A.quantitative a s s e s s m e n t is m a d e on the w a t e r resources of reservoirs for the present and ifor t h e f u t u r e before 2000.

Methodology is proposed to e v a l u a t e t h e e f f e c t of reservoirs on the w a t e r resources of rivers, w h e r e data are a v a i l a b l e on river runoff c h a n g e s under t h e e f f e c t of l a r g e reservoirs.

The book is intended for hydrologists, g e o g r a p h e r s, specialists in w a t e r m a n a g e m e n t, h y d r a u l i c e n g i n e e r s d e a l i n g with l a r g e w a t e r projects.with the construction of l a r g e reser voirs. It may be also used by t h e s t u d e n t s of Geographical f a c u l t i e s in universities a n d hydrometeorological i n s t i t u t e s.

Ю M Ленинградский. ад;

д: w *:теорО.,ОГНПет.

j БИ~ ',)OTEKA 1805040700- в 18-91 © В. С. Вуглинский, 1991 f.

069(02)- ISBN 5—286—00604— ПРЕДИСЛОВИЕ Несмотря на уже многолетнюю историю создания водохрани лищ их водный режим, баланс и воздействие на окружающую среду изучены все еще недостаточно. Об этом свидетельствуют просчеты, допускаемые при их проектировании и строительстве, нередко приводящие к ухудшению экологической обстановки на прилегающих территориях и экологических показателей самой водной среды.

Коренная перестройка естественного гидрологического цикла в речном бассейне в результате создания крупных водохранилищ, по своим размерам часто не уступающих крупнейшим озерам страны, приводит к формированию совершенно новых природно техногенных систем речной бассейн—водохранилище, изучение ко торых представляет большой научный интерес и имеет важное практическое значение для решения проблемы рационального ис пользования и охраны водных ресурсов.

Особый интерес представляют крупные водохранилища, объ емом более 1 км 3, создание которых приводит к наиболее ощути мым изменениям различных компонентов природной среды, в том числе и процессов водообмена на окружающих территориях.

Наиболее полное представление об особенностях водообмена круп ных водохранилищ с окружающей природной средой можно полу чить при рассмотрении всех трех аспектов такого взаимодействия:

особенностей водного баланса водохранилищ, закономерностей формирования и использования их водных ресурсов и влияния водохранилищ на речной сток. Именно с этих позиций в настоя щей монографии рассмотрены особенности водообмена крупных водохранилищ СССР.

В целях более полного раскрытия темы автор счел необходи мым включить в монографию обобщенные сведения о существу ющих и планируемых к строительству крупных водохранилищах СССР, высказать свою точку зрения по ряду дискуссионных во просов, касающихся понятия «водные ресурсы» и существующих подходов к учету колебаний речного стока при планировании вы работки электроэнергии на ГЭС;

рассмотреть методические во просы, связанные с расчетом ряда элементов гидрометеорологи ческого режима при оценках водного баланса водохранилищ.

Насколько это удалось — судить читателям.

Автор приносит глубокую благодарность научному редактору монографии доктору географических наук К. К- Эдельштейну, внимательно просмотревшему рукопись и сделавшему ряд весьма ценных замечаний и предложений по ее улучшению.

з 1* ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КРУПНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩАХ СССР.

В О Д О Х Р А Н И Л И Щ Е И РЕЧНОЙ БАССЕЙН ГЛАВА 1. КРУПНЫЕ ВОДОХРАНИЛИЩА СССР.

СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ИХ ВОДООБМЕНА С ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДОЙ Создание водохранилищ является одним из самых эффектив ных способов решения водных проблем не только в пределах от дельных локальных водохозяйственных систем или небольших административно-хозяйственных единиц, но и в пределах крупных территориально-промышленных комплексов и в бассейнах круп нейших рек С С С Р. К а к известно, основная цель создания крупных водохранилищ многолетнего и сезонного регулирования с гидро логической точки зрения — устранение природной неравномер ности в многолетнем и внутригодовом распределении речного стока в интересах наиболее рационального его использования.

В С С С Р строительство водохранилищ началось у ж е в первые годы советской власти. Это было связано с реализацией ленин ского плана электрификации России Г О Э Л Р О. В соответствии с этим планом в 20—30-х годах были созданы водохранилища при Волховской, Нижне-Свирской и Днепровской ГЭС. К началу вто рой мировой войны в С С С Р было построено в общей сложности более 300 водохранилищ, в том числе 10 наиболее крупных, объ емом более 1 млрд м 3.

Однако темпы строительства водохранилищ С С С Р в довоен ный период были невысокими. После войны интенсивность строи тельства водохранилищ в СССР, особенно энергетического и оро сительного назначения, резко возросла, что было вызвано ростом энергетических мощностей государства и освоением крупных оро шаемых массивов в южных районах страны.

В 1945—1960 гг. в С С С Р было построено свыше 150 водохра нилищ объемом более 10 млн м 3, в том числе 16 водохранилищ объемом более 1 км 3 каждое. По своему назначению водохрани л и щ а существенно различались между собой. Небольшие водохра нилища предназначались, к а к правило, для решения одной или двух-трех задач. Так, в районах орошаемого земледелия (бассей н а рек Днестра, Дона, Волги, Куры, Сырдарьи и Амударьи) ма л ы е ' водохранилища создавали в основном д л я н у ж д орошения, р е ш а я попутно задачи гидроэнергетики и рыбного хозяйства.

Н а северо-западе европейской части С С С Р водохранилища пред назначались для выработки гидроэлектроэнергии, решения задач судоходства, лесосплава и рыбного хозяйства. К этому периоду относится начало строительства водохранилищ в Сибири. Первые небольшие водохранилища, созданные в бассейнах Оби и Енисея, удовлетворяли нужды промышленности, сельского хозяйства и гидроэнергетики. Большинство крупных водохранилищ, построен ных в этот период, имели комплексное назначение. Каховское во дохранилище на Днепре, Цимлянское на Дону, Мингечаурское на Куре помимо основной задачи — удовлетворения нужд орошаемого земледеления и выработки электроэнергии обеспечивают потреб ности водного транспорта и рыбного хозяйства, промышленности,, коммунального хозяйства и рекреации. Горьковское, Куйбышев ское и Волгоградское водохранилища на Волге, Иркутское водо хранилище на Ангаре, Новосибирское на Оби, созданные в основ ном для выработки электроэнергии, предназначены также для удовлетворения нужд судоходства, коммунального хозяйства, вод ного транспорта, рекреационных и других целей.

Период 1961—1985 гг. — это период дальнейшего роста темпов строительства водохранилищ в СССР. Общий объем водохрани л и щ увеличился за указанное 25-летие более чем на 450 км 3, а площадь водной поверхности возросла более чем на 30 тыс. км 2.

В этот период было завершено создание каскадов водохранилищ на Волге и Днепре, были сооружены крупнейшие водохранилища •Сибири и Дальнего Востока, имеющие комплексное назначение,— Красноярское, Усть-Илимское, Саяно-Шушенское, Хантайское,."Зейское и Вилюйское. В настоящее время суммарный полный •объем водохранилищ СССР (без учета объема оз. Байкал) со ставляет около 1025 км 3 (более 20 % суммарного среднегодового стока рек СССР). Полезный объем водохранилищ СССР, состав ляет более 450 км 3, суммарная площадь водной поверхности водо хранилищ при НПУ превышает 100 тыс. км 2 (10 % суммарной пло щади водной поверхности озер СССР). Наибольшее число водо хранилищ построено в СССР для целей орошения. В основном это водохранилища малые, как по объему, так и по площади водной поверхности. Вместе с тем 93 % полного, 81 % суммарного полез ного объема и более 80 % площади водной поверхности приходится на водохранилища гидроэлектростанций, к числу которых принад л е ж а т 20 крупнейших водохранилищ СССР с полным объемом бо лее 10 км 3 каждое. В настоящее время многие водохранилища, входят в состав крупных водохозяйственных систем страны, яв ляясь неотъемлемой частью водохозяйственного комплекса СССР.

1.1. Общие сведения о крупных водохранилищах СССР Число эксплуатируемых и строящихся водохранилищ в СССР, в том числе водохранилищ, образованных вследствие, подпора* озер, а также малых водохранилищ в настоящее время превышает 10 тыс. Точную цифру назвать трудно из-за весьма приближенного учета небольших водохранилищ, имеющих сугубо локальное зна чение. Последние сооружают практически повсеместно в целях наиболее оптимального использования речного стока в интересах отдельных водопользователей. Наиболее полные учетные данные', имеются о водохранилищах СССР объемом более 1 млн м каждое. Согласно технической паспортизации водохранилищ.

СССР, выполненной Ц Н И И К И В Р о м в 1985—1987 гг. на основании обобщения данных каталогов водопользования в рамках ведения:

кадастра использования водных ресурсов [73], в СССР к началу 1986 г. было более 3900 таких водохранилищ (табл. 1.1). Наиболь шее число водоранилищ (2227) сосредоточено в РСФСР. Второе:

Таблица 1.1:

Результаты технической паспортизации водохранилищ объемом более 1 млн м (по данным Ц Н И И К И В Р а ) Суммарный объем, млн м Градация П л о щ а д ь водной объема Число поверхности водохранилищ водохранилищ, при Н П У, км млн м 3 полный полезный 1-10 3 267 8 192 6 510 3 454 9316 4 10-100 14 1 0 0 - 1 000 42 887 27 946 7 1 000 59 413 284 83 958 Всего 3919 1 024 455 457 056 98 место по числу водохранилищ (968) занимает Украина. Значи тельно меньше водохранилищ в Казахстане (197), Белоруссии (125) и Литве (109). В остальных республиках существует по* нескольку десятков водохранилищ объемом более 1 млн м3 каж дое (табл. 1.2).

Таблица 1. Распределение водохранилищ объемом более 1 млн м 3 по республикам Суммарный объем, млн м Площадь Число Республика зеркала водохранилищ при Н П У, к м г полный полезный 74 РСФСР 2 227 801 393 334 Украина 54 543 26 113 9 522.

Белоруссия 125 2 945 1 Узбекистан 36 9 331 8 244 9 858 Казахстан 197 92 100 48 1 528 1 Грузия 842:

18 Азербайджан 40 10 309' 109 1 737 Литва 859 Молдова 72 1 362:

2 32 Латвия 21 Киргизия 23 15 502 7 Таджикистан 8 14 468 Армения 1 077 948 ' Туркмения 1 622 1 553 48 10 Эстония Можно выделить несколько крупных регионов, в пределах ко торых сосредоточено наибольшее число водохранилищ. В евро пейской части СССР это Карелия, Поволжье и ЦЧО;

в азиат 6:

ской — юг Восточной Сибири и Средняя Азия. В табл. 1.3 приве дено распределение водохранилищ по бассейнам крупных рек С С С Р по результатам паспортизации водохранилищ, выполненной ЦНИИКИВРом.

Таблица 1. Распределение водохранилищ полным объемом более 1 млн м по бассейнам крупных рек СССР Суммарный объем, Площадь Ч и с л о водо зеркала хранилищ Бассейн Бассейн моря при Н П У, (озера) реки в бассейне км реки полезный полный 31 426 15 Азовское Дон 3 Кубань 4 109 29 Миус 15 749 9 217 Аральское Амударья 2 26 31 35 Сырдарья 1 Балтийское Неман 43 3 Западная Двина 2 909 1 15 1 •Онега 27 807 190 083 90 Каспийское Волга 4 91 4 •Урал 12 20 Кура 22 Терек 368 767 12 39 117 Енисей Карское 64 844 39 998 7 Обь 12 36 201 2 Лена Лаптевых 32 Охотское 37 68 759 2 Амур 47 409 21 087 8 Днепр Черное » 623 177 Ю ж н ы й Буг 84 3 Днестр 2 1 72 2 999 Дунай 6 Или 28 344 1 оз.

Б а л х а ш Особый интерес представляют крупные водохранилища с пол ным объемом более 1 км 3 или площадью водного зеркала более 100 км 2. Именно эта категория водохранилищ в значительной мере •определяет соответствующие суммарные показатели по водохра нилищам СССР. Крупные водохранилища вызывают существен ные изменения водообмена в бассейнах рек, на которых они со зданы, приводят к ощутимому снижению речного стока за счет дополнительных потерь на испарение с водной поверхности (см.

гл. 2 и 9). Особенно большие изменения в гидрологический ре жим водотоков вносят каскады водохранилищ, созданные на Волге, Днепре и Енисее. Самым большим объемом обладает Брат ское водохранилище (169 км 3 ), а по площади водной поверхности крупнейшим (не считая озер-водохранилищ Байкала и Онежского) является Куйбышевское (6450 км 2 ).

С гидрологической точки зрения наибольший интерес предста вляют речные водохранилища. Во-первых, в силу особого гидро логического режима этих искусственных водных объектов, создан ных посредством затопления больших площадей суши. И, во-вто рых, вследствие их существенного воздействия на гидрологические особенности водотока, на котором они созданы. Наливные водо хранилища также представляют интерес с гидрологической точки зрения, так как являются вновь созданными объектами, отлича ющимися особым водным режимом. Что касается озерных водо хранилищ, созданных вследствие подпора озер и предназначенных в основном для целей гидроэнергетики, судоходства и лесосплава, то для них характерны небольшие изменения основных гидроло гических параметров по сравнению с естественным состоянием.

Таблица 1. Число водохранилищ различных типов объемом более 1 млн м (знаменатель — процент общего числа водохранилищ) Ч и с л о в о д о х р а н и л и щ по типам Градация объема Число водохранилищ, водохранилищ млн м речные наливные озерные 410/13 71/ 1-10 3267 2786/ 454 311/69 60/ 10—100 83/ 92/ 100-1000 139 16/12 31/ 12/ 1000 59 46/78 1/ Всего 3235/83 510/13 „174/ В табл. 1.4 приведены количественные данные о различных типах водохранилищ объемом более 1 млн м3. Д л я всех четырех указанных в таблице градаций водохранилищ характерна высокая (70—80 %) доля речных водохранилищ. Водохранилищ налив ного и озерного типа значительно меньше (10—20%).

Таблица 1. распределение по республикам водохранилищ различных типов объемом более 1 млн м Ч и с л о в о д о х р а н и л и щ по типам Всего Республика речные наливные озерные РСФСР 239 72 Украина 854 107 Белоруссия 16 Узбекистан 18 — 1 Казахстан 10 3 2»

Грузия 21 Азербайджан — Литва' 65 — 13 Молдова — 32:

6 Латвия — 13 23 Киргизия 10 — 6 & Таджикистан — Армения : : 23 — 5 10 15 Туркмения — 4 5 Эстония ' ;

174 3919 Всего ' 3235 Распределение водохранилищ различных типов по республикам приведено в табл. 1.5. Вполне естественно, что озерные водохра нилища характерны в основном для районов избыточного увлаж нения— Прибалтики, Белоруссии, Северо-Запада РСФСР. Налив ные водохранилища характерны для южных засушливых террито рий Средней Азии, Молдавии и Закавказья. Велика доля таких водохранилищ также на Украине и в Казахстане. Вместе с тем, д л я всех республик, кроме Латвии, Эстонии, Киргизии,. Узбеки стана и Туркмении, характерно преобладание числа речных водо хранилищ над числом водохранилищ других типов.

1.2. Состояние изученности водообмена крупных водохранилищ с окружающей природной средой С возникновением на территории СССР первых крупных водо хранилищ в 40—50-х годах начали развиваться исследования, свя занные с изучением отдельных элементов их водообмена х окру жающей сушей. Этому способствовала организация на крупных водохранилищах специализированных гидрометеорологических об серваторий (ГМО). Первая ГМО была открыта в 1944 г. на Рыбинском водохранилище. В настоящее время на крупных водо хранилищах действуют 11 специализированных ГМО, которые вы полняют широкий комплекс стандартных и специальных наблюде ний за элементами влагооборота, а также проводят научно-иссле довательские работы в целях совершенствования методов расчета и прогноза различных гидрометеорологических характеристик при менительно к конкретным водоемам. На основании обобщения на копленных материалов в 75—85-х годах были изданы первые тома региональных справочников-монографий по гидрометеороло гическому режиму крупных водохранилищ Волжского и Днепров ского каскадов, а также Братского, Иркутского и Цимлянского водохранилищ. Подготовка подобных изданий в серии «Гидроме теорологический режим озер и водохранилищ» продолжается и в настоящее время. Указанные материалы регулярных гидроме теорологических наблюдений, выполняемых рядом ГМО уже в течение 30—35 лет, являются основным источником сведений об элементах водообмена крупных водохранилищ, а результаты науч ных исследований позволили создать серию региональных расчет ных методик по определению отдельных элементов водного ба ланса крупных водохранилищ.

Наряду с использованием для решения рассматриваемой за дачи материалов стандартных наблюдений, элементы водообмена изучают при организации кратковременных полевых изысканий на стадии проектирования водохранилищ, а также при проведении комплексных экспедиционных исследований на отдельных водо хранилищах страны. В общем плане проблема взаимодействия водохранилищ с окружающей природной средой и вопросы ;

их водообмена рассмотрены в работах А. Б. Авакяна [1], э Б. Б. Богословского [22], С. Л. Вендрова и К. Л. Дьяконова [46]„ Ю. М. Матарзина [106, 107] и В. М. Широкова [159]. Наиболь шие успехи достигнуты в изучении основных элементов водного баланса крупных водохранилищ: притока, осадков, стока и испа рения для конкретных водохранилищ. На основании использова ния непосредственных данных наблюдений за стоком и осадками, а также различных расчетных методик при определении испарения и ряда других элементов, рассчитаны водные балансы отдельных крупных водохранилищ СССР как за многолетний период, так и за конкретные годы. Следует отметить, что уже более 30 лет ор ганы Госкомгидромета СССР составляют текущие водные балансы крупных озер и водохранилищ СССР за декаду, месяц и год.

К началу 1988 г. такие расчеты выполнены для многих водохра нилищ СССР. Результаты научных проработок по водному ба лансу отдельных водохранилищ приведены также в справочниках монографиях серии «Гидрометеорологический режим озер и водо хранилищ», а также в трудах В. Г. Булата [41], Р. И. Геты [66],.

А. М. Кабрановой [88], С. Д. Рубан [129] и др. Так как водохра нилища вступали в строй неодновременно, то и накопленные к настоящему времени ряды воднобалансовых данных имеют раз личную продолжительность. Наиболее полная сводка данных о мно голетних годовых водных балансах водохранилищ СССР и мето дах расчета отдельных их составляющих дана в монографии.

3. А. Викулиной [52], в которой на основании обобщения боль шого числа литературных источников приведены сведения о вод ных балансах 29 крупных водохранилищ СССР по 1975 г. вклю чительно. К настоящему времени объем информации о водном ба лансе водохранилищ значительно возрос. Более полные данные об элементах водного баланса получены по тем водохранилищам,, которые изучают на озерных станциях и в ГМО Госкомгидромета СССР. Тем не менее, состояние знаний об основных составля ющих водного баланса далеко неравнозначно. Наиболее надежно можно определить два элемента водного баланса крупных водо хранилищ— сток через подпорное сооружение и осадки. Как изве стно, сток из водохранилища подсчитывают по эксплуатационным:

характеристикам турбин (при наличии ГЭС) или по пропускной способности водосбросных отверстий, что обеспечивает достаточ ную надежность получаемых данных (погрешность подсчета стока в большинстве случаев не выходит за пределы + 5 %) • Существующая сеть осадкомерных пунктов на многих круп ных водохранилищах СССР позволяет определять месячные сум мы осадков в пунктах наблюдений с погрешностью ± (15...20) %,.

Вместе с тем, как показали работы Э. Г. Богдановой, А. П. Боч кова, В. С. Голубева и Л. Р. Струзера [21, 27, 69, 140], измерен ные суммы осадков не характеризуют их реальные значения в месте установки прибора. При воднобалансовых исследованиях в.

измеренные значения осадков необходимо вводить поправки на смачивание осадкомерного сосуда, испарение из него- и на ветро вой недоучет. Хотя в настоящее время предложен целый ряд.

методик корректировки измеренных значений осадков путем вве д е н и я соответствующих поправок [36, 56, 110, 149], единой обще принятой расчетной схемы до сих пор нет. Н а р я д у с проблемой определения «истинных» значений осадков применительно к круп ным водоемам до сих пор обсуждается вопрос о том, можно ли использовать данные береговых осадкомерных пунктов для опре д е л е н и я осадков, выпадающих на акваторию водоема. Большин с т в о исследователей считают, что над акваториями крупных рав нинных озер, таких к а к Л а д о ж с к о е, Онежское, Чудско-Псковское, Ильмень, Великие американские озера, осадков выпадает на 10— 15 % меньше, чем на берегу [52, 155, 182, 189]. Вместе с тем, в по следние годы появились публикации, свидетельствующие о том, •что д а н н а я закономерность не подтверждается для ряда крупных о з е р и водохранилищ, расположенных в предгорьях, из-за специ фических условий формирования осадков в их береговой зоне, •связанных с орографическими особенностями местности [116].

Установлено отсутствие эффекта уменьшения осадков над аквато рией и для ряда крупных водохранилищ степной зоны европейской части С С С Р [93, 94]. Таким образом, данный вопрос нуждается в дополнительном рассмотрении.

Весьма немногочисленны работы в области оценки влияния во д о х р а н и л и щ на режим осадков прилегающей территории. Полу ченные данные свидетельствуют о том, что создание водохрани л и щ а не приводит к сколько-нибудь существенным изменениям годовых сумм осадков в его береговой зоне. Месячные суммы -осадков могут увеличиться в том случае, когда осадкомерный.пункт после создания водохранилища окажется на его наветрен ном берегу [46, 47]. Не решен до конца вопрос оценки среднего.значения осадков для крупных водоемов. Несмотря на целый ряд •существующих способов такого осреднения для многих крупных озер и водохранилищ предгорной и особенно горной зон эта про б л е м а по-прежнему актуальна.

Основная сложность при определении поверхностного притока х крупным водохранилищам связана с тем, что значительная часть их водосбора (20—30 % ), как правило, не изучена в гидро метрическом отношении, что требует применения косвенных при емов расчета стока с этих площадей. Д о недавнего времени с этой щелью применяли метод аналогии, который обладает значительной •субъективностью. В последние годы эту задачу решают с исполь зованием современных статистических методов, таких, к а к ме тоды последовательной комплексной регрессии, р а з л о ж е н и я поля стока на естественные ортогональные составляющие и метод ин тегрального осреднения функции, описывающей поверхность стока [14]. Однако эти методы только входят в практику расчета при т о к а воды в крупные водохранилища и нуждаются в тщательной апробации и совершенствовании применительно к рассматрива емой задаче. Наиболее обстоятельные исследования по оценке ис п а р е н и я с водной поверхности водоемов, в том числе и с водохра нилищ, выполнены Б. Д. З а й к о в ы м [84], А. П. Б р а с л а в с к и м и 3. А. Викулиной [33], В. С. Голубевым [70], А. Р. Константино вым [97] и В. И. Кузнецовым [103]. В настоящее время в зависи мости от наличия исходной информации и продолжительности:

расчетного периода применяют различные подходы при оценке ис парения с водоемов: методы теплового баланса и турбулентной диффузии, эмпирические формулы, а т а к ж е методики пересчета:

показаний испарительных приборов на реальный водоем. Несмо тря на различие существующих подходов к оценке испарения по грешности определения этого элемента баланса для месячных интервалов времени достаточно велики и в большинстве случаев, составляют ± ( 2 0... 2 5 ) % - Н а р я д у с разработкой новых подходов, к оценке испарения с водной поверхности (например, применение молекулярно-кинетической теории [10]) требуется д а л ь н е й ш е е усовершенствование способов пересчета показаний испарительных:

приборов на реальный водоем. Наиболее р а з р а б о т а н а методика:

перехода от континентального испарителя ГГИ-3000 к испаритель ному бассейну площадью 20 м 2, расположенному на суше. В то ж е время методическим вопросам перехода от показаний этих при боров к водоему уделено мало внимания.

Еще одна проблема связана с необходимостью во многих с л у чаях при расчете испарения определить ряд гидрометеорологи ческих элементов для водной поверхности. Основными из них яв ляются скорость ветра, температура воды и парциальное давление:

водяного пара. Существующая схема определения скорости ветра над водоемом по показаниям флюгера, расположенного на берегу [150], значительно субъективна и может приводить к существен ным погрешностям, достигающим ± 2 м/с и более. Вопрос о р а з работке простых и достаточно надежных расчетных методик в этой области остается открытым. Что касается расчета т е м п е р а туры воды, то существующая теплобалансовая методика примени тельно к речным водохранилищам, обладающим значительной:

проточностью, нуждается в уточнении за счет учета горизонталь ной составляющей водообмена. При определении парциального, давления водяного пара над водоемом по данным континентальных метеостанций весьма трудоемкой является процедура определения:

средней длины разгона воздушного потока над водной поверх ностью.

Следует подчеркнуть, что многие используемые в настоящее:

время методические приемы определения испарения и сопутству ющих гидрометеорологических элементов для водной поверхности:

проверены в основном на примере крупных и средних озер или:

водохранилищ озерного типа. Речные водохранилища, о б л а д а ю щие специфическими особенностями формирования потоков т е п ла и влаги над водной поверхностью, используют для этой цели:

значительно реже. Вместе с тем, именно оценки испарения с круп ных речных водохранилищ наиболее значимы, так к а к их широко* используют в практике проектирования и эксплуатации водо хранилищ.

Вопросам подземного водообмена крупных водохранилищ с о к р у ж а ю щ е й территорией посвящено много работ. Теоретические аспекты динамики подземных вод в береговой зоне водохранилищ рассмотрены в трудах Н. Н. Биндемана [19], Ф. М. Бочевера [25, 26], Н. Н. Веригина [49], И. В. Гармонова [63, 64], В. С. З а в и лейского [81, 82], А. Г. Емельянова [78, 79] и Г. А. Р а з у м о в а [123]. К настоящему времени получены аналитические решения для разнообразных случаев формирования подземного водообмена вблизи водохранилищ. Однако для их практической реализации при оценке количественных показателей водообмена подземных вод в береговой зоне крупных водохранилищ нужна р а з н о о б р а з н а я исходная информация, которая в реальных условиях в большин стве случаев отсутствует. Д л я ее получения необходимо прово дить детальные полевые работы в районе водохранилища, кото рые отличаются значительной трудоемкостью, требуют больших затрат времени и средств. Об этом красноречиво свидетельствует опыт постановки такого рода исследований И. В. Гармоновым [120] на ряде водохранилищ Волжского и Днепровского каскадов в целях оценки фильтрационных потерь в дно и берега водохра нилищ. В широком масштабе проводить такие исследования не возможно, поэтому с начала массового строительства крупных водохранилищ в 60-х годах гидрогеологи пытаются р а з р а б о т а т ь более простые подходы к оценке подземной составляющей водо обмена водохранилища с окружающей сушей. Специальная ра бота в этом плане была выполнена в ленинградском отделении Гидропроекта им. С. Я. Ж у к а под руководством Г. А. Михайло вой и завершена в 1980 г.'подготовкой типового альбома х а р а к терных схем расцространения подпора подземных вод в береговой зоне водохранилищ, составленного на основании обобщения боль шого количества натурных материалов по многим водохранили щ а м С С С Р. Определенные перспективы в плане создания расчет ных схем, требующих минимума исходной информации, связаны с моделированием р е ж и м а подземных вод на электроаналоговых моделях. Один из таких подходов рассмотрен в настоящей работе.

Следует отметить т а к ж е, что до сих пор нет однозначного ре шения вопроса об увязке водного баланса водохранилища с уче том погрешностей определения отдельных элементов баланса.

Краткий анализ современного состояния воднобалансовых ис следований крупных водохранилищ позволяет представить себе уровень изученности лишь одного, хотя и весьма важного, звена водообмена водохранилища с о к р у ж а ю щ е й территорией, а именно:

характерных количественных соотношений потоков влаги через поверхность водохранилища и его котловину с учетом притока и оттока воды. Н а р я д у с этим в последние годы немаловажное зна чение уделено вопросам изучения особенностей притока воды в водохранилища, обеспечения оптимального режима регулирования речного стока, выявления закономерностей смены воды в них в зависимости от соотношения объемов речного стока и водохра нилища. Д а н н ы е аспекты связаны с особенностями водообмена в системе река—водохранилище, где в а ж н у ю роль играет фактор искусственного регулирования стока. Д о недавнего времени этим вопросам не уделяли должного внимания. Впервые закономер ности многолетних колебаний притока воды к крупным водохра нилищам были исследованы в 1982 г. на примере отдельных водо х р а н и л и щ Ангаро-Енисейского каскада. Д а н н а я работа была вы полнена в Г Г И в целях выяснения причин критической сработки запасов воды в ряде сибирских водохранилищ, что привело к зна чительным народнохозяйственным ущербам из-за снижения выра ботки электроэнергии на ГЭС. Результаты выполненных исследо ваний позволили установить наиболее вероятную продолжитель ность отдельных характерных ф а з водности притока (маловодной, средней по водности и многоводной), а т а к ж е дать вероятностный прогноз водности притока к Ангарскому каскаду водохранилищ на б л и ж а й ш и е годы. Итоги этих исследований частично опубли кованы в работе [13].

В 1984—1985 гг. Г Г И была выполнена работа по оценке мно голетних характеристик притока воды к водохранилищам крупных ГЭС СССР, з а в е р ш и в ш а я с я подготовкой соответствующего спра вочника [ И З ]. В нем приведены данные о среднемесячном, квар тальном и годовом притоке различной обеспеченности к 56 круп ным водохранилищам. Одновременно были исследованы законо мерности притока воды к указанным водохранилищам в годы различной водности, оценены вероятность повторяемости группи ровок лет определенной водности и их продолжительность, а так ж е вероятности смены различных категорий водности притока [12]. Обеспечение наиболее рационального регулирования речного стока связано с изучением опыта эксплуатации существующих водохранилищ, в частности с установлением оптимальных соотно шений между притоком воды в них и изменениями объема их вод ной массы за год (для водохранилищ многолетнего регулиро вания) и месяц (для водохранилищ сезонного регулирования).

Такие исследования в ограниченном объеме были выполнены для р я д а водохранилищ Сибири и Казахстана. Необходимо, чтобы эти работы охватывали не только крупные единичные водохранилища, но и их каскады на Волге и Днепре.

Одним из в а ж н ы х направлений исследований является изуче ние внешнего водообмена водохранилищ. Этому вопросу посвя щены работы Н. В. Буторина [42], Г. П. Калинина [89], А. В. Ка раушева [91], Ю. М. М а т а р з и н а [107], В. М. Широкова [159], М. А. Фортунатова [153] и К. К. Эдельштейна [167]. В. Н. Ште фаном [160, 161] предложено общее выражение показателя водо обмена водохранилища, позволяющее однозначно определять сред нюю интенсивность водообмена в любую фазу режима. Д л я мо дели водоема-смесителя получено выражение для определения коэффициента водообновления, который входит в расчетные фор мулы по оценке качества воды и самоочищающей способности, водохранилищ [162]. Д л я отдельных водохранилищ выполнены оценки показателей водообмена и водообновления. Однако дан. ных по сравнительному анализу характера внешнего водообмена крупных водохранилищ весьма мало.

Третье характерное направление исследований связано с изу чением особенностей водообмена в системе водохранилище—при легающая суша. В гл. 2 и 8 показано, что при создании речных водохранилищ существенно изменяются элементы водообмена в зонах затопления и подтопления, а т а к ж е в прирусловой зоне реки ниже подпорного сооружения и в дельтовой области. Эти из менения в целом приводят к снижению водных ресурсов реки при создании водохранилища. Проблема влияния водохранилищ на речной сток рассмотрена в работах А. М. Алмазова [5], В. Г. Ан дреянова и Г. С. Семеновой [8], В. Г. Булата [41], В. А. Вейнерт и Л. В. Магдалюк [44], Д. В. Коренистова [99], С. М. Пере хреста [121], С. И. Руденко [130], А. А. Соколова [138]. Наибо лее обстоятельное исследование этой проблемы выполнено И. А. Шикломановым и Г. М. Веретенниковой в работе [158], в которой предложена методика оценки годовых изменений стока под влиянием водохранилищ, выполнены расчеты влияния водо хранилищ Волжско-Камского и Днепровского каскадов на сток Волги и Днепра и даны оценки изменений стока основных рек С С С Р под влиянием водохранилищ на уровень 1980 г. и на перс пективу до 2000 г. Вместе с тем, общеметодологические вопросы оценки влияния водохранилищ на водные ресурсы рек полностью не решены. В дальнейшем совершенствовании нуждается методика оценки изменений стока под влиянием водохранилищ. Существует острая необходимость в совершенствовании методических приемов оценки потерь стока при проектировании водохранилищ.

1.3. Классификация водохранилищ К настоящему времени предложено достаточно много класси фикаций водохранилищ по различным признакам. В данной ра боте рассмотрены только те классификации, которые прямо или косвенно отражают особенности гидрологического режима водо хранилищ. Что касается других классификаций (по гидрохими ческому и гидробиологическому режимам, гидроэнергетическим показателям, характеру использования и др.), они здесь не рас смотрены, хотя в литературе описаны достаточно подробно [2, 4, 54, 153].

При рассмотрении вопросов водного баланса и водных ресур сов водохранилищ и их влияния на речной сток в настоящей монографии использована классфикация водохранилищ по их п р о и с х о ж д е н и ю. По этому признаку выделяют три наиболее ха рактерных типа водохранилищ: р е ч н ы е водохранилища, созда ваемые в долинах рек;

о з е р н ы е водохранилища, создаваемые вследствие подпора уровня озер, и н а л и в н ы е водохранилища, возникновение которых связано с заполнением обособленной кот ловины специально отводимыми сюда речными водами. Наиболее распространенными в С С С Р являются речные водохранилища.

Согласно А. Б. Авакяну [2], кроме указанных типов можно вы делить подземные и морские водохранилища, а т а к ж е водохрани лища-коллекторы сбросных вод.

Наиболее часто водохранилища классифицируют по конфигу рации, морфометрическим показателям, характеру регулирования стока и характеру водообмена. Д а л е е рассмотрены классифика ции именно по этим признакам. Воднобалансовые классификации водохранилищ приведены в п. 5.4.

По к о н ф и г у р а ц и и водохранилища классифицировать до вольно трудно, т а к как они могут иметь самую причудливую форму и очертания. Кроме того, конфигурация водохранилищ ме няется при изменении уровня воды в них. В связи с последним обстоятельством, в большинстве предложенных классификаций рассмотрена конфигурация водохранилищ при Н П У. Наиболее детальной в настоящее время является классификация М. А. Фор тунатова, который предложил выделять четыре типа водохрани лищ: пойменные, долинные, озеровидные и водохранилища слож ной конфигурации. Отдельные типы водохранилищ, в свою очередь, подразделены по форме на несколько подгрупп [153].

Следует отметить, что выделение отдельных типов водохранилищ у Фортунатова носит чисто описательный характер без каких либо количественных критериев.

На использовании отдельных внешних признаков без количе ственных показателей основаны и другие классификации водохра нилищ по их конфигурации, предложенные в разное время И. А. Лифановым (озеровидные, речные и сложной ф о р м ы ), В. И. Надиным (русловые и озеровидные), А. Б. Авакяном и В. А. Ш а р а п о в ы м (речные и озерно-речные). По существу все эти авторы различают в зависимости от конфигурации два основных типа водохранилищ — русловые и озеровидные. Иногда выделяют т а к ж е промежуточный тип водохранилищ.

В данной работе предложено выделять по конфигурации три типа водохранилищ: продолговатые, округлые и сложной формы.

Продолговатые водохранилища характеризуются вытянутой фор мой и соответствуют условию L 5В, где L — длина водохрани лища, В — его средняя ширина. Округлые водохранилища имеют круглую или эллипсовидную форму при условии L 5В. Водо хранилища сложной формы в отличие от двух предыдущих типов имеют причудливые в плане очертания, часто с чередованием от дельных сужений и расширений. Согласно этой классификации, округлую конфигурацию имеют Кумское (L/B = 3), Сегозерское (L/B = 3), Рыбинское (L/B = 2,8) и Кайраккумское (L/B = 5) водохранилища;

продолговатую — большинство водохранилищ, со зданных в долинах рек. Сложную конфигурацию имеют Камское, Братское, Вилюйское и Каттакурганское водохранилища. Предло ж е н н а я классификация близка классификации И. А. Л и ф а н о в а.

Однако у последнего отсутствуют количественные критерии.

Классификации водохранилищ по морфометрическим п р и з н а к а м были предложены в работах М. А. Фортунатова [152], А. Б. Авакяна и В. А. Ш а р а п о в а [3]. А. И. М а к а р о в а и В. А. Вейнерт [105], К. К. Эделынтейна [164]. Наиболее у д а ч н а я классификация водохранилищ по объему и площади водной по верхности предложена А. Б. Авакяном и В. А. Ш а р а п о в ы м в ра боте [3]. Д а н н а я классификация основана на анализе р а з м е р о в большого числа водохранилищ земного ш а р а и является доста точно детальной (табл. 1.6).

Таблица 1. Классификация водохранилищ по размерам [3] П л о щ а д ь водного з е р к а л а, П о л н ы й объем, км Категория водохранилищ Крупнейшие 50 Очень крупные 50—10 5000— Крупные - 10—1 500— Средние 1-0,1 100- Небольшие 0,1—0,01 20— Малые 0.01 Наиболее полную классификацию по морфологии л о ж а водо х р а н и л и щ а предложил К. К- Эделыптейн. Он выделил три типа водохранилищ — долинные, котловинные и смешанного типа. До линные водохранилища подразделяются на три подтипа — русло вые, пойменно-долинные и котловинно-долинные;

котловинные — на озерно-котловинные, депрессионные и котлованные. Кроме того, он подразделяет водохранилища к а ж д о г о из перечисленных под типов на морфологически простые и морфологически слож ные [168].

По х а р а к т е р у р е г у л и р о в а н и я с т о к а различают водо х р а н и л и щ а многолетнего, сезонного, недельного и суточного регу (, ^ лирования. Эта классификация общепризнана и н а ш л а широкое применение. Считают, что в целях осуществления многолетнего регулирования достаточно, чтобы полезный объем водохранилища составлял 20—25 % годового стока реки, а д л я сезонного регули р о в а н и я — 8 — 2 0 % [1]. Однако на практике эти соотношения не соблюдаются (табл. 1.7). Это связано с тем, что при определе нии полезного объема водохранилища учитывают в основном не только необходимость обеспечения определенного вида регулиро вания. Н а первый план выходят требования отдельных отраслей, участвующих в эксплуатации водохранилища: гидроэнергетики, орошения, коммунального и промышленного водоснабжения, вод ного транспорта, рыбного хозяйства. Нередко водохранилища многолетнего регулирования имеют полезный объем, превыша ющий среднегодовой сток в створе плотины (Зейское, Ириклин ское, Пролетарское, Токтогульское), а водохранилища сезонного регулирования имеют полезный объем, часто достигающий 40.% годового стока реки в створе гидротехнического соору жения.

2 В. С. Вуглинский /?оГГ ~——, Таблица 3. Соотношения между полезным объемом водохранилищ (W„) и годовым стоком:

в створе плотины (Qn) для различных типов регулирования стока Wn W n км 3 Q n км Водохранилище Река Многолетнее регулирование Карадарья Андижанское 1,8 3,8 Братское Ангара 48,2 91,0 Бухтарминское Иртыш 17, 30,8 Западный Маныч Веселовское 0, 0,06 Вилюйское Вилюй 17,8 18,0 Зейское Зея 32,1 23,4 Урал Ириклинское 2,8 1,3 Капчагайское Или 6,6 11,8 Мингечаурское 11, Кура 0,8' Пролетарское 0, Западный Маныч 8,2 Рыбинское 4 16,7 Шексна 30, Токтогульское Нарын 14,0 11,4 Хантайское 17,7 72.

Хантайка 12, Цимлянское 17, Дон 11,5 65.

.Сезонное регулирование Горьковское 6 Волга 2,8 46, Днестровское Днестр 2,0 25' 8, 0,8 9, Иваньковское Волга 9 Камское 9,2 53, Кама Кайраккумское 15, 2, Сырдарья Каховское Днепр 6,8 47, 34, Киевское Днепр 1, 0,6 2,4 Костешты-Стынка Прут 13, 2, Краснодарское Кубань 30,4 86, Красноярское Енисей 44, Кременчугское Днепр 9, 234,9 Куйбышевское 34, Волга 10,2 Уфа 1, Павловское 100,6 2, Усть-Илимское Ангара 6,0 Чарвакское Чирчик 1, 13,5 4, Чардаринское Сырдарья 109,5 2, Волга Чебоксарское 1,9 4,8 Шекснинское Шексна Примечание. Значения полезного объема водохранилищ приняты п о данным Справочника водохранилищ СССР, ч. 1. Водохранилища объемом 10 млн. м 3 и более. Москва: изд. Союзводпроекта, 1988.

При каскадном расположении водохранилищ складывается особый режим регулирования стока, т а к к а к чем ниже располо жено водохранилище в каскаде, тем больше эффект регулирова ния стока за счет увеличения числа в ы ш е л е ж а щ и х водохранилищ.

По х а р а к т е р у в о д о о б м е н а, согласно ГОСТу 17.1.1.02-77, различают водохранилища с замедленным (/СС0,1), умеренным 0,1 К 5,0) и интенсивным (К 5,0) водообменом. Коэффи циент К характеризует в данном случае относительный объем водохранилища, т. е. отношение объема стока воды через гидро узел в средний по водности год к полному объему водохранилища.

Б о л е е детальная классификация водохранилищ по водообмену приведена в монографии [54]. Она основана на анализе данных по водообмену более чем 150 водохранилищ СССР и США.

В. Н. Штефан (см.-п. 1.2) предложил общее выражение показа теля водообмена, позволяющее однозначно определять среднюю интенсивность водообмена в любую фазу водного режима.

В. Н. Штефан и К- К- Эдельштейн предложили т а к ж е методику определения коэффициента водообновления, характеризующего •фактическое время полной смены воды в водохранилище. Более.детально показатели водообмена крупных водохранилищ рассмот р е н ы в гл. 7.

ГЛАВА 2. ВОДОХРАНИЛИЩЕ И РЕЧНОЙ БАССЕЙН.

ОСОБЕННОСТИ ВОДООБМЕНА В СИСТЕМЕ РЕЧНОЙ БАССЕЙН — В О Д О Х Р А Н И Л И Щ Е 2.1. Природно-техногенная система речной бассейн — водохранилище Создание в о д о х р а н и л и щ — н а и б о л е е активная форма регули рования распределения во времени речного стока в интересах раз личных отраслей народного хозяйства. По своей сути водохрани л и щ а являются гидрологическими объектами, созданными руками человека. Тщательное изучение гидрологических особенностей во дохранилищ позволяет наиболее оптимально использовать их вод ные ресурсы в интересах народного хозяйства. Как водный объект в составе природного комплекса водохранилище возникает вне запно. Д а ж е крупнейшие водохранилища объемом более 1 км заполняются, как правило, в течение сравнительно короткого для природных образований периода (за 2—3 года). Этим водохрани лища существенно отличаются от озер (исключая завальные озера), которые развиваются в течение десятков и сотен тысяч лет. В процессе длительного взаимодействия с окружающей при родной средой озеро приобретает характерные черты гидрологи ческого режима, которые наилучшим образом соответствуют при родным условиям окружающей территории. Водохранилища, как новые антропогенные водные объекты, возникающие сравнитель но быстро (с гидрологической точки зрения) и не прошедшие пе риода эволюционного развития в составе единого природного ком плекса речного бассейна, вступают в интенсивное взаимодействие с окружающей их природной средой.

С одной стороны, они определенным образом воздействуют на гидрологические условия прилегающей территории. Их создание приводит к затоплениям больших площадей суши, подтоплению прибрежных земель, пополнению запасов подземных вод в бере говой зоне и другим явлениям и процессам, которые вызывают 2* изменения к а к общих водных ресурсов речного бассейна, т а к в гидрологического режима водотока ниже створа подпорного со оружения. С другой стороны, гидрологический режим самого во дохранилища теснейшим образом связан с гидрометеорологиче скими условиями окружающей его территории. Именно последние определяют основные воднобалансовые соотношения, свойственные:

водохранилищу, а т а к ж е наиболее оптимальный режим регулиро вания речного стока. Таким образом, комплекс водохранилище-— речной бассейн представляет собой определенную природно-техно генную систему, в пределах которой водообмен ф ° Р м и Р У е т с я в результате сложного совместного взаимодействия антропогенного объекта — водохранилища и природного объекта — речного бас сейна.

М а с ш т а б взаимного влияния этих объектов зависит от их раз меров, географического положения, типа водохранилища и места, его расположения в гидрографической сети. Количественные дан ные о соотношениях основных элементов гидрологического цикла, в пределах указанной природно-техногенной системы в зависи мости от показателя удельного водосбора и географического по ложения рассматриваемых объектов приведены далее.

Водохранилища увеличивают «озерность» речного бассейна, т. е. площадь, занятую водной поверхностью. Д о л я площади круп ных одиночных водохранилищ речного типа в общей площади бассейна составляет, к а к правило, 1—3 % (см. п. 5). Д л я В о л ж с к о Камского и Днепровского каскадов водохранилищ данное соотно шение составляет 1,5—2,0 %, для Ангарского (без оз. Б а й к а л ) — 1 %. Д л я крупных озерных водохранилищ доля площади водной поверхности в общей площади бассейна несколько выше и может составлять 4—10 % и более. Однако создание таких в о д о х р а н и л и щ не приводит к существенному изменению водообмена в системе, водохранилище—речной бассейн. Это связано с тем, что водохра нилища указанного типа создаются за счет незначительного под пора уровня озер, при этом форма, основные морфометрические параметры и гидрологические особенности таких водохранилищ и озер мало различаются.

Так, например, после создания Верхне-Свирского водохрани лища п л о щ а д ь водной поверхности Онежского озера возросла до 9930 км 2, т. е. на 2 %, а подъем среднегодового уровня соста вил 30 см. При сооружении Иркутского водохранилища площадь, оз. Б а й к а л увеличилась на 1465 км 2 (на 5 % ). Такой ж е порядок цифр характерен для крупных озерных водохранилищ К а р е л и и и Кольского полуострова (Имандровское водохранилище — пло щадь оз. И м а н д р а увеличилась на 8 %, Юшкозерское водохрани л и щ е 1 — п л о щ а д ь оз. Юшкозера — на 11 %, Водлозерское водохра н и л и щ е — площадь оз. Водлозеро — на 1 5 % ). В тех случаях,.

Водохранилище создано на р. Кеми в результате подъема уровня воды в озерах Верхнее, Среднее и Нижнее Куйто из-за подпора плотиной Юшкозер ской ГЭС.

когда озерные водохранилища создаются путем слияния двух иг более озер, указанные соотношения могут быть выше (при созда нии Топо-Пяозерского водохранилища площадь водной поверх ности увеличилась на 4 5 %, Выгозерско-Ондского — на 50,%,..

а Иовского — более чем в 2 р а з а ). Однако д а ж е при таком увели чении площадей гидрологические особенности вновь образован ных озерных водохранилищ мало отличаются от тех, которые:

были присущи озерам до поднятия их уровня [91], а влияние таких водохранилищ на водные ресурсы рек крайне незначительно (см. п. 8.1).

Д а л е е рассмотрены основные элементы влагообмена природно техногенной системы и их соотношения, определяющие водные ресурсы и водный баланс водохранилища, а т а к ж е изменения водных ресурсов рек, связанные с его созданием и эксплуатацией в бассейне реки.

2.2. Основные элементы водообмена в речном бассейне. Водные ресурсы рек в районах интенсивного строительства водохранилищ Характер влагооборота в пределах речного бассейна зависит,, с одной стороны, от количества влаги, поступающей извне, а с другой — от физико-географических особенностей самого бассейна, (географическое положение, рельеф, почвогрунты, растительность и др.), которые в конечном итоге определяют присущие данному бассейну соотношения между отдельными составляющими водо обмена. При однонаправленном изменении какого-либо элемента' водообмена вследствие естественных или антропогенных причин;


перестраиваются количественные соотношения между составля ющими гидрологического цикла речного бассейна и формируются:

новые соотношения, соответствующие изменившимся условиям:

влагооборота. В этом смысле речной бассейн правомерно рассма тривать как саморегулирующуюся природную систему. Эту мысль, неоднократно высказывал один из крупнейших специалистов в.

области воднобалансовых исследований В. Г. Андреянов [6].

Количественные соотношения между отдельными составляющи ми водообмена в речном бассейне устанавливают путем решения уравнения водного баланса, которое для естественных условий может иметь следующий вид [11]:

P _ Q _ + А Г п. з + АГз.а + А Г г. в + 5 = 0, (2. где Р — осадки, выпавшие на поверхность бассейна;

Q — речной:

сток;

Е — суммарное испарение с бассейна;

з — изменение запасов влаги на поверхности бассейна;

ДИ73.а — то ж е в зоне аэрации;

Д№ г. в— изменение запаса грунтовых вод;

s — невязка уравнения водного баланса.

В том случае, когда в пределах речного бассейна интенсивно развивается хозяйственная деятельность, в уравнение (2.1) необходимо вводить дополнительные члены, характеризующие 2к антропогенные составляющие влагооборота. Закономерности из менения элементов водного баланса речных водосборов под влия нием хозяйственной деятельности рассмотрены в работах многих авторов. Их детальный обзор дан в монографии И. А. Шиклома :нова [156]. Он предложил все факторы хозяйственной деятель ности, о к а з ы в а ю щ и е влияние на элементы влагообмена в речном 'бассейне, подразделять на три группы:

1) факторы, действующие в русловой сети и перераспределя ющие сток во времени и по территории;

2) факторы, действующие на обширных площадях бассейна и изменяющие соотношения между элементами водного баланса;

3) смешанные факторы, действующие как в руслах, так и на "водосборе и обусловливающие перераспределение стока и преоб разование элементов водного баланса.

Водохранилища отнесены к факторам первой группы, которые.действуют в основном в русловой сети и приводят к перераспре делению речного стока во времени. Действительно, основное на значение водохранилищ — регулирование речного стока и именно эта составляющая уравнения водного баланса (2.1) больше всего изменяется как в годовом (при многолетнем регулировании), т а к и во внутригодовом (при сезонном, недельном и суточном регули ровании) разрезах.

Однако само по себе перераспределение стока во времени не может привести к изменению средних многолетних годовых зна чений стока. Вместе с тем известно, что создание водохранилищ, тем не менее, приводит к общему снижению речного стока [158].

Э т о происходит за счет изменения сложившихся соотношений между элементами водного баланса в пределах отдельных зон ^бассейна, подверженных воздействию водохранилища. Можно вы д е л и т ь три характерные зоны, в каждой из которых происходят такие изменения: зону затопления, зону подтопления от водохра нилища и прирусловую зону реки ниже створа подпорного соору жения (включая дельтовую область), в пределах которой изме няются условия затопления в результате регулирования стока (рис. 2.1).

После создания водохранилища водообмен в пределах указан ных зон изменяется, что в конечном итоге приводит к общему •снижению водных- ресурсов в бассейне реки. На всей остальной территории речного бассейна значимых изменений водообмена н е происходит. Л и ш ь в сравнительно узкой прибрежной зоне крупных водохранилищ долинного типа, ширина которой, согласно •С. Л. Вендрову [46], теоретически может достигать 30—45 км, в о з м о ж н ы некоторые изменения ряда гидрометеорологических эле ментов— температуры и влажности воздуха, скорости ветра и •осадков. 1 К сожалению, количественные данные об изменениях Вопросы изменения м и к р о к л и м а т а в п р и б р е ж н о й зоне в о д о х р а н и л и щ и л л и я н и е в о д о х р а н и л и щ на изменение ледово-термического и гидрохимического р е ж и м о в реки не рассмотрены, т а к к а к это не входит в з а д а ч у работы.

осадков в прибрежной зоне различных водохранилищ С С С Р в н а стоящее время почти полностью отсутствуют. М о ж н о у к а з а т ь на.

работу И. В. Колобова [93], который пришел к выводу о том, что создание Куйбышевского водохранилища не оказало существен ного влияния на режим осадков в прибрежной зоне.

Вопрос о влиянии водохранилищ на режим осадков в прибреж ной зоне рассмотрен на примере Волгоградского водохранилища речного типа, расположенного в степной зоне С С С Р, а т а к ж е на Рис. 2.1. Х а р а к т е р н ы е зоны речного бассейна, в п р е д е л а х к о т о р ы х изменяются:

элементы в о д о о б м е н а при создании в о д о х р а н и л и щ а.

1 — зона з а т о п л е н и я, 2 — зона подтопления, 3 — прирусловая зона реки н и ж е створа под порного с о о р у ж е н и я.

примере Каттакурганского и Чардаринского водохранилищ о з е р ного типа, расположенных в полупустынной зоне. Д л я решения поставленной задачи были сопоставлены суммы осадков, опреде ленные за периоды до и после создания водохранилищ. В качестве:

опорных пунктов наблюдений за осадками, на которых не сказы вается влияние водохранилищ, были приняты метеостанции Са м а р к а н д (в 66 км от Каттакурганского водохранилища), Байркум.

(в 70 км от Чардаринского водохранилища) и И л о в л я (в 45 км_ от Волгоградского водохранилища). В соответствии с существу ющими представлениями ширина прибрежной зоны, в пределах которой водохранилище еще может влиять на элементы гидроме теорологического режима, колеблется в пределах 30—40 км:

,[47, 94].

23:

СС ОП tr~ О —ю ю о С Ч Ю( М я о ЕС О |Ч С м Ю hf — S Я X S) 03 со ^ м °я gЁ СS4, f «о Яс м— I s 5 2и о.

х ОС З ВX С ои мс гв вв иm н о Й 3, о 5 ^ ю р;

га § 1 5& •Р 5* ю N ° С - чЗ ОVS х о сS Я §1 I 00 ОI CD а CD СО CD х Сл t оX u ° СП о СП СП с.ч * 2.

о оf оt= X и оЧ он оо ЯЯ о. ч оо К ся ч: вк га I ** со о т« о gл СМ s СП •" Ч С П ОX " й « § ** ОО та м U й « о к) « Sа а « Л ef Si о м « W ш m В « я -со о о а =с н о.

н X С сЬ ю о.

н в Я.

t=L а ЪС t=t tr аз sf о и s о я К Си о.

и ЕС ч ч н а.

о о СО га га Каждой выбранной опорной станции соответствовала станция,, которая после создания водохранилища оказалась в его прибреж ной зоне. Был выполнен анализ средних многолетних месячных и:

годовых сумм осадков за периоды до и после создания водохрани VII IX XI -f-/ р^-и ^-ш ^-iv 4^-vt 1920-1937гг51 1,2 36 35 40 U Период 4^-vill x XII ье 48 50 55 ^—П у^Щ jf-w VI Период 1955-1№гг.21 • 4С15, \ц 7/ tO12 12 4С -fO VII ^f— VIIIIX ^r—XI ^f—XH 11 13 18 12 • 18 Рис. 2.2. Хронологические г р а ф и к и х о д а среднемесячных значений о с а д к о в п о с т а н ц и я м К а т т а к у р г а н (1—3) и С а м а р к а н д ( 1 ' — 3 ' ) и розы ветров по ст. К а т т а курган.

1 и / ' — с р е д н и е м н о г о л е т н и е д а н н ы е ;

2, 3 и 2', 3' — п е р и о д ы д о и п о с л е с о з д а н и я в о д о х р а н и л и щ а с о о т в е т с т в е н н о ;

ц и ф р ы у р о з в е т р о в — ч и с л о с у т о к со ш т и л е м, %.

лищ для каждой пары станций. Полученные результаты приве дены в табл. 2.1 и частично на рис. 2.2. Р я д ы среднемесячных и среднегодовых значений осадков за оба периода прошли стати стическую проверку и оказались о д н о р о д н ы м и / Н а д е ж н о с т ь полу ченных значений изменений годовых сумм осадков за рассматрй зваемые периоды (АР г ) проверены с использованием зависимости |ЛРг|2(ТДРг, (2.2) г д е сгдрг —- с р е д н е к в а д р а т и ч е с к а я погрешность расчета значений ДР Г, которую определяли по в ы р а ж е н и ю »APP = y K + 4J/*. (2.3) г д е вр в и ор и — среднеквадратические погрешности восстановлен ных и измеренных значений осадков за период после создания в о д о х р а н и л и щ а соответственно.

Р е з у л ь т а т ы проверки по условию (2.2) подтвердили н а д е ж ность расчетов при принятом уровне доверительной вероятности р = 95 % • Д л я того чтобы оценить, к а к изменился ветровой р е ж и м с созданием в о д о х р а н и л и щ и какую роль сыграл ветер в формиро вании осадков до и после их строительства, были построены розы :ветров и рассчитаны повторяемости отдельных направлений вет ров д л я двух пар станций, выбранных в районе К а т т а к у р г а н с к о г о и Ч а р д а р и н с к о г о водохранилищ. Н а и б о л ь ш и й интерес представ л я л о изменение ветрового р е ж и м а в районе метеостанций, кото рые после строительства в о д о х р а н и л и щ о к а з а л и с ь в их прибреж ной зоне. В т а б л. 2.2 приведены сведения о повторяемости ветров, имевших н а п р а в л е н и е от в о д о х р а н и л и щ в сторону п р и б р е ж н ы х метеостанций (в том числе и за период до создания водохрани л и щ ). Анализ всех этих м а т е р и а л о в позволил сделать следующие •основные выводы.

1. Создание этих в о д о х р а н и л и щ не привело к существенному и з м е н е н и ю сезонных и годовых сумм осадков в прибрежной зоне яю сравнению с естественными условиями.. Д л я К а т т а к у р г а н с к о г о и Ч а р д а р и н с к о г о в о д о х р а н и л и щ изменения годовых значений ока з а л и с ь не более 1 0 %, д л я Волгоградского — составили 2 0 %.


2. С созданием в о д о х р а н и л и щ р е ж и м месячных сумм осадков д л я станций, р а с п о л о ж е н н ы х в прибрежной зоне, существенно из менился д л я тех месяцев, в течение которых ветры, д у ю щ и е с во д о х р а н и л и щ а, стали играть заметную роль среди ветров других направлений.

Месячное увеличение осадков после создания в о д о х р а н и л и щ а м о ж е т достигать 10—15 мм. В процентном отношении это увели чение может составлять 50 % и более, особенно д л я з а с у ш л и в ы х.месяцев с м а л ы м количеством осадков.

3. П о с л е создания в о д о х р а н и л и щ з а м е т н о изменился р е ж и м.ветра на п р и б р е ж н ы х станциях: существенно увеличилось число случаев, когда ветры дули с в о д о х р а н и л и щ а. К р о м е того, на при б р е ж н ы х станциях резко сократилось число случаев з а т и ш ь я (в 2—3 р а з а )..

В о з в р а щ а я с ь к рассмотрению особенностей системы водохра н и л и щ е — р е ч н о й бассейн, надо подчеркнуть, что влагооборот изме :2б SD O W C O) ^ O О 00 C Ю Э O C 00 00 c* O СОЮОО Ю 00 C N O Ю C 00 C O O C^ O C C ЮЮ OO M 11) - ^ C N 00 C O O (NOTfoOi ——! ( IN N — Cl О C '^ M N ЮI »

M О» N« — M I N C C ЮC OO O C in O CO CCСЮ OOО CЮ M NОNN ^ Й^ © CCО№ OO • s f c o - ' f c o CT — (Ф — C- О OM C — D 0500ССЮ N ~' Ю. ( N CTi^CDCN N Ю' J O com mroMcQ ш ю QSQQ 2222 2222 2 2 2 2:

Tf тГ Tf tt и СО N N Оч яv 1 I I ао N о} ю N СО О ю со со м* СО По О) о о сл 02 о о се S и а.

а- п.

м я о.

я S се се се ю tr о 2Г.няется в пределах трех рассмотренных характерных зон. С практи ческой точки зрения, наиболее в а ж н о оценить, как эти изменения влияют на речной сток. Именно оценки возможных изменений речного стока обязательны при проектировании крупных водо хранилищ на реках С С С Р [131].

С этой точки зрения, немаловажным является вопрос о том, насколько обеспечены водными ресурсами те регионы страны, в которых интенсивно строят и эксплуатируют водохранилища.

Д а н н ы е табл. 1.3 свидетельствуют о том, что в европейской части С С С Р наибольшее число водохраилищ объемом более 1 млн м сосредоточено в бассейнах рек Волги, Днепра, Дона, Южного Б у г а, Днестра и Кубани. В азиатской части наибольшее число водохранилищ эксплуатируют в бассейнах Оби, Енисея, Амура, а т а к ж е Амударьи и Сырдарьи. Среди указанных речных бассей нов высокой водностью отличаются водосборы рек Сибири и Д а л ь н е г о Востока — Енисея, Амура, Оби, суммарный среднегодо вой сток которых превышает 1370 км 3. Влияние хозяйственной.деятельности на сток этих рек крайне незначительно. Существу ющие оценки свидетельствуют о том, что антропогенное снижение стока этих рек в современных условиях составляет 1—2 % нормы [156]. Другие рассматриваемые бассейны расположены преиму щественно в зоне недостаточного увлажнения, где удельные пока затели речного стока намного ниже среднего по стране. Водные ресурсы этих бассейнов интенсивно используют в народном хо зяйстве. Достаточно отметить, что в среднем в 1982—1986 гг. еже годные безвозвратные потери в бассейне Волги составили 8 % среднегодового стока реки, в бассейнах Днепра — 2 0 %, Дона — :20, Южного Буга — 19, Днестра — 11, Куры — 25, Кубани — 30,.Амударьи — 40 и Сырдарьи — 45.

Учитывая, что наиболее массовое строительство водохранилищ :в С С С Р в прошлые годы осуществлено именно в этих бассейнах, где ощутим дефицит водных ресурсов, дальнейшее их строитель ство может привести к еще большему снижению речного стока.

^Именно поэтому новые крупные водохранилища в С С С Р проекти руют в основном в Сибири, в бассейнах многоводных сибирских ;

;

рек Лены, Енисея и Амура.

2.3. Водообмен водохранилища с окружающей природной средой Н а разных стадиях создания и эксплуатации водохранилища •соотношения между отдельными элементами водообмена могут -быть различными. В период заполнения водохранилища по мере увеличения его объема и площади водной поверхности элементы водообмена изменяются наиболее интенсивно. При нормальной эксплуатации водохранилища формируются у ж е достаточно устой чивые соотношения между элементами гидрологического цикла, свойственные тому или иному водохранилищу. Хотя и в этот пе риод режим отдельных элементов может значительно изменяться.

: К а к известно, уравнение водного баланса водоема в общем в и д е чаще всего выглядит т а к [52]:

/ n + / r + P - B - Q n - Q r + AlT n + s = 0, (2.4) где In — поверхностный приток, 1Г — приток подземных вод, Р — осадки на поверхность водоема, Ев — испарение с водной поверх ности, Q n — поверхностный сток, Qr — подземный отток, AW„ — из менение объема воды в водоеме за расчетный интервал времени, s — н е в я з к а уравнения водного баланса.

Р а с с м а т р и в а я структуру уравнения применительно к водохра нилищам, надо обратить внимание на следующую его особенность.

Наличие составляющих / г и Qr предполагает существование одно направленных потоков грунтовых вод либо к водоему, либо от него. Д л я озер, в береговой зоне которых подземные воды имеют установившийся режим, та,кое положение действительно суще ствует. И поэтому не вызывают возражения данные о средних многолетних годовых значениях притока или оттока подземных вод, полученные разными авторами для ряда озер С С С Р. • Однако применительно к водохранилищам нельзя вести речь о средних многолетних значениях указанных составляющих, как это нередко д о п у с к а ю т при расчетах их водных балансов. К а к известно, при заполнении водохранилищ уровни воды в них постоянно растут.

В период нормальной эксплуатации уровенный режим водохра нилищ т а к ж е нестабилен: как внутри года, т а к и в многолетнем разрезе уровенная поверхность водохранилищ значительно коле блется. Особенно это характерно для крупных водохранилищ мно голетнего и сезонного регулирования. С изменением положения уровенной поверхности теснейшим образом связан режим подзем ных в-од. В одних случаях фильтрация из водохранилища будет преобладать над притоком подземных вод, в других — может иметь место обратный процесс. Анализ имеющихся данных о ди н а м и к е подземных вод в береговой зоне водохранилищ приводит к тому, что при расчете подземных компонентов водного, баланса в о д о х р а н и л и щ необходимо выделять несколько периодов, соответ ствующих следующим трем характерным ф а з а м формирования р е ж и м а подземных вод в районе водохранилища: фазе- заполне ния водохранилища, когда происходит интенсивная фильтрация в д н о и берега.водохранилища;

ф а з е начала эксплуатации водохра нилища, в течение которой стабилизируется движение фильтраци онных и грунтовых вод;

ф а з е нормальной эксплуатации водохра нилища в условиях установившегося р е ж и м а грунтовых вод в его береговой зоне (см. п. 3.3.1).

Таким образом, на различных этапах существования водохра нилища значения подземного водообмена могут иметь разные знаки. Поэтому нельзя говорить о средних многолетних значениях данной составляющей, к а к это нередко бывает при расчетах вод ных балансов водохранилищ. М о ж н о говорить лишь об интеграль ном ее значении за рассматривамый период, который может вклю ч а т ь в себя годы к а к с положительной, т а к и с отрицательной результирующей подземного водообмена. Поэтому более правильно* уравнение водного баланса водохранилища записывать в сле дующем виде:

In + P-EB-Qn + AWn + AWr + s = 0, (2. где AW r —подземный водообмен между водохранилищем и его береговой зоной.

Более подробно особенности подземного водообмена в берего вой зоне водохранилища рассмотрены в п. 3.3.

Сопоставление уравнений (2.1) и (2.5) показывает, что по своей структуре они похожи. Три элемента — осадки, испарение и сток представлены в обоих уравнениях. Р я д других элементов характеризует изменения запасов воды как в речном бассейне (Д№п. з, А.1Г3. a, AWr.e), так и в водохранилище (AW„). Но по скольку в отличие от замкнутого речного бассейна водохранилище, имеет водообмен с окружающей территорией, в уравнение (2.5) включены два дополнительных члена — поверхностный приток к:

водохранилищу (/„) и подземный водообмен через его кон тур (AWr).

Совершенно очевидно, что наибольшая «перестройка» водноба лансовых соотношений при создании водохранилища происходит в пределах зоны затопления, где вместо бывшей суши появляется водоем со специфическими чертами водного режима. Д в е другие зоны, о которых шла речь в предыдущем пункте, испытывают кос венное влияние водохранилища. Подтопление прилегающих к во дохранилищу земель происходит из-за повышения уровня грунто вых вод в береговой зоне водохранилища под влиянием подпора.

Вследствие этого изменяется характер водообмена зоны аэрации с зоной грунтовых вод, а т а к ж е режим испарения с подтопленной зоны. В третьей зоне изменение водообмена при создавии водо хранилища связано с режимом регулирования стока. В связи с тем, что водохранилища «срезают» пики половодий и паводков и выравнивают ход стока внутри года, площади затопления в при русловой области реки ниже створа плотины и в дельте сокра щаются, что приводит в основном к изменению режима испарения с тех участков суши, которые до создания водохранилища подвер гались интенсивному затоплению.

2.4. Уравнения взаимосвязи элементов водообмена в системе водохранилище — речной бассейн Приведенные в предыдущих пунктах общие структуры уравне ний водного баланса речного бассейна и водохранилища позво ляют получить выражения, характеризующие взаимосвязи между элементами водообмена указанных водных объектов для трех ха рактерных зон речного бассейна.

Д л я зоны затопления речного бассейна уравнение водного ба ланса для естественных условий с учетом выражения (2.1) будет иметь следующий вид:

P+ / - - Q + AlF n.3 + A r 3. a + AH7r.B + = 0, (2.6) n S где 7 П — поверхностный приток к зоне, Q — сток за пределы зоны.

Решив совместно уравнения (2.5) и (2.6) без учета невязок, исключив одинаковые составляющие (Р, / п ) и произведя некото р ы е преобразования, можно получить следующее выражение:

(Qn - Q) = (Е - Е в ) + (АГ П - Л1ГП. з - А Г 3. а ) + + (АГГ-АГГ.В), (2.7) Д а н н а я зависимость наиболее наглядно отражает взаимосвязи м е ж д у отдельными элементами влагообмена в рассматриваемой зоне до и после ее затопления. Действительно, все изменения в системе влагооборота в связи с созданием водохранилища про явятся в изменении стока с территории: A Q = ( Q n — Q). Масшта б ы этого изменения будут зависеть от того, насколько изменятся объемы испарившейся влаги с территории и запасы воды в преде лах контура, ограниченного с поверхности урезом водохранилища,.а снизу водоупором.

При выводе уравнения взаимосвязи для зоны подтопления со вместно решены уравнения водного баланса вида (2.6) для есте ственных условий и стадии подтопления. После ряда преобразо ваний получено следующее выражение:

(Q* - Q) = (Е* - Е ) + ( А Г г - Аг;

_ в ) + ( A - АНГ а ), (2.8) в а где Q* и Е* — сток и испарение с подтопленной территории соот ветственно, где &W*3 а и A IF* в — изменения запасов воды в зонах аэрации и грунтовых вод после подтопления соответственно.

Таким образом, в рассматриваемой зоне при подтоплении изме няется испарение и влагообмен в зонах аэрации и грунтовых вод, что приводит к потерям речного стока.

Д л я третьей зоны, охватывающей прирусловую часть поймы реки ниже подпорного сооружения и дельтовую область, при вы воде уравнения взаимосвязи в качестве исходного использовано уравнение (2.6), в результате решения которого для естественных условий и для периода после создания водохранилища было по дучено следующее уравнение взаимосвязи:

(Q'-Q) = ( I a - r n ) + (E-E'), (2.9) где Q', 1'и и Е ' — соответственно сток с зоны, приток в зону и испарение с ее поверхности для периода после создания водохра нилища.

Следовательно, в третьей зоне за счет регулирования стока изменятся приток в зону и испарение, что повлияет на сток в за мыкающем створе реки.

Н а рис. 2.1 показаны основные составляющие водного баланса речного бассейна и водохранилища, обозначения которых даны в формулах (2.1) — (2.6). Эти уравнения взаимосвязи использо ваны при выводе расчетных формул д л я оценки влияния водохра нилищ на речной сток (см. гл. 8).

Характер влагообмена в природно-техногенной системе речной бассейн—водохранилище определяет основные воднобалансовые соотношения искусственного водоема и условия формирования его водных ресурсов (см. п. 2.1). Эти вопросы детально изло ж е н ы в последующих главах.

ЧАСТЬ II. ВОДНЫЙ БАЛАНС КРУПНЫХ В О Д О Х Р А Н И Л И Щ СССР ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВОДНОГО БАЛАНСА ВОДОХРАНИЛИЩ Здесь рассмотрены методы расчета основных элементов вод ного баланса, входящих в уравнение (2.5), за исключением по верхностного стока из водохранилища (Q n )- К а к известно, сток из крупных водохранилищ измеряют на ГЭС по градуировочным характеристикам турбин, водосливов и других гидротехнических сооружений. Погрешности измерения стока на ГЭС составляют ± 5 %, что вполне удовлетворяет существующую практику водно балансовых расчетов. Вопросы усовершенствования методов учета стока на ГЭС выходят за рамки данного исследования и в насто ящей работе не рассмотрены.

В системе Госкомгидромета С С С Р с начала 60-х годов состав ляют оперативные (по истечении декады и месяца) и режимные (по истечении года) водные балансы многих крупных озер и водо х р а н и л и щ С С С Р. Выбор указанных достаточно продолжительных расчетных интервалов связан, в первую очередь, с крайне низкой плотностью гидрологической сети на водоемах СССР, вследствие чего невозможно осуществлять с необходимой точностью массовые воднобалансовые расчеты за более короткие интервалы времени.

Именно поэтому и в настоящей работе основное внимание уде лено методическим и практическим аспектам воднобалансовых исследований применительно к месячному и годовому периодам.

3.1. Поверхностный приток Поверхностный приток является главным элементов приходной части водного баланса. Он формируется водами постоянных и временных водотоков, а т а к ж е за счет склонового стока с при брежных межбассейновых территорий. Выполненный анализ име ющихся немногочисленных данных об объеме склонового стока показал, что определяющая роль в формировании поверхностного притока принадлежит постоянно действующим водотокам, сток которых составляет не менее 95 % суммарного притока к водохра нилищам. Д а ж е при расчетах месячного баланса за периоды ве сеннего половодья или дождевых паводков, когда на поверхность водосбора поступают большие объемы воды, нет необходимости определять склоновый сток, т а к к а к его в к л а д в общий объем притока обычно составляет 1 — 3 %.

К а к известно, поверхностный приток к водохранилищам, соз данным в руслах рек, принято подразделять на основной и 3 В. С. Вуглинский Таблица 3. Д о л я бокового притока к крупным в о д о х р а н и л и щ а м и их каскадам Площадь Приток Водохранилище всего частного общий боковой бассейна водосбора Волжско-Камский каскад Иваньковское 40,7 8,0/20 8,8 1,4/ 59, Угличское 18,8/31 12,4 3,6/ Шекснинское 17,8 11,7/65 4,5 3,4/ Рыбинское 143,2 66,0/46 32,5 15,6/ Горьковское 220,6 77,4/35 18,3/ 50, 594, Чебоксарское 373,8/63 109,5 58,7/ Камское 166,1 68,0/41 17,6/ 52, Боткинское 180,0 13,9/8 54,5 2,9/ 364, Нижнекамское 184,4/51 35,6/ 90, Камский каскад 364,4 266,3/73 90,5 56,1/ 1187,3 228,5/19 239, Куйбышевское 39,1/ •Саратовское 1265,5 5,6/ 78,2/6 244, 1332, Волгоградское 66,9/5 246,7 3,1/ 1332, Волжско-Камский каскад 204,8/ 1195,6/90 246, Енисейский каскад 15,3/ Саяно-Шушенское 182,0 67,0/37 47, 105,0/37 90, 287,0 42,6/ Красноярское Ангарский каскад 62, 541,8/ И р к у т с к о е (с оз. Б а й к а л ) 541,8 62,4/ 699,3 157,5/23 94,2 32,8/ Братское 746,4 6,8/ 47,1/6 100, Усть-Илимское Нарынский каскад 15,8/ 50,4 11,5 3,5/ Токтогульское 6,4/ 56,8 13,8 2,6/ ;

Учкурганское Одиночные водохранилища 52,1 / а з 23, 82,4 8,0/ Зейское 0,5/ 3,8/10 1, Ириклинское 36, 1,9/ 14,6 0,1/ Краснооскольское 1, 1,9/ 230,9 13,5/6 56, Новосибирское 0,3 0,02/ 0,6/ 6, Ортотокойское 2,7/79 0,6 0,2/3 3, Печенежское 41,6/2 20, 222, Цимлянское 1,1/ П р и м е ч а н и я : 1. В з н а м е н а т е л е — п р о ц е н т ы о б щ е й п л о щ а д и б а с с е й н а и общего притока соответственно;

в числителе — площадь частного водосбора ( т ы с к м 2 ) и б о к о в о й п р и т о к ( к м 3 / г о д ) с о о т в е т с т в е н н о. 2. Д а н н ы е о п л о щ а д я х и о б ъ е м е п р и т о к а к в о д о х р а н и л и щ а м п р и в е д е н ы по с п р а в о ч н и к у [ 1 1 7 ]. 3. П л о щ а д и б а с с е й н о в д о с т в о р о в Г Э С не в к л ю ч а ю т в с е б я п л о щ а д е й в ы ш е л е ж а щ и х водохранилищ.

боковой. Основной приток формируется за счет стока одной глав ной реки, на которой создано водохранилище, или нескольких ос новных рек, впадающих в него. Боковой приток формируется за счет стока малых и средних рек, впадающих по периферии водо хранилища. Анализ имеющихся данных о соотношениях между основным и боковым притоками к крупным водохранилищам С С С Р позволил установить, что доля бокового притока в суммарном по ступлении воды с бассейна колеблется в широких пределах, 1— 50 % и более (табл. 3.1).

При каскадном расположении водохранилищ под боковым притоком к расположенному ниже по течению водохранилищу каскада понимают суммарный объем притока, формирующегося с частной площади бассейна, ограниченной створом плотины рас положенного выше по течению водохранилища. Выполненное обоб щение данных о доле бокового притока к каждому из водохрани лищ Волжско-Камского, Ангаро-Енисейского и Нарынского каскадов подтвердило выводы о характере соотношений между основным и боковым притоками, полученные ранее д л я одиночных водохранилищ.

В связи с тем, что гидрометрическими измерениями наиболее полно- охвачены крупные реки, а на средних и тем более' малых реках число'гидрометрических створов существенно меньше, наи более надежно учитывают поверхностный приток к водохранили щам, созданным в руслах крупных рек СССР. Д л я озерных водо хранилищ задача надежной оценки поверхностного притока намного сложней, так как наблюдениями за стоком во многих слу чаях охвачено только 60—70 % их площади водосборов.

П р и расчетах водного баланса водохранилищ за месяц и год наибольшее распространение получил метод подсчета поверхно стного притока по сумме расходов воды впадающих рек с подбо ром для неизученной территории рек-аналогов. Кроме того, в по следние годы для этой цели используют р я д методов, основанных на применении аппарата математической статистики, которые легко реализуют на ЭВМ, 3.1.1. Подсчет притока по сумме расходов воды впадающих рек Этот прием заключается в суммировании расходов воды, полу ченных по данным измерений на притоках, с рассчитанными для неизученной территории водосбора. Суммарный приток к водохра нилищу по данным измерений (у„) определяют, используя линей ные уравнения стока типа Уп = kiUi + h У2 + • • • + knyn, (3.1) где у 1, у2,..., Уп — сток отдельных рек, определенный по ближай шему к водохранилищу гидрометрическому створу;

kh k2,..., kn — коэффициенты приведения значений стока к урезу водохранилища.

3! Необходимость определения этих коэффициентов может воз никнуть тогда, когда сток измеряют на значительном расстоянии от уреза водохранилища. Коэффициенты определяют, к а к пра вило, по соотношению между площадями водосбора, отнесенными к урезу водохранилища и гидрометрическому створу. Значения их в большинстве случаев принимают постоянными для каждого расчетного гидрометрического створа. Этот прием требует тща тельного обоснования при определении коэффициента k для поли зональных рек с разными условиями формирования стока в раз ных частях бассейна.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.