Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

планктон. Разложение органического вещества в этих озерах часто носит характер гниения. Сложнейшие физико-химические процессы в пелогене протекают в условиях недостатка или полного отсутствия кислорода, в результате чего органическое вещество не разлагается до конца, а преобразуется в коллоидную аморфную массу, богатую жировыми, белковыми и воскообразными элементами. Цвет их олив­ ковый, серый, черный, с зелеными оттенками. Мощность сапропеля достигает иногда нескольких метров, и в отдельных озерах водная масса занимает меньшую часть, чем иловая. Зольность таких илов снижается до 20% и менее.

Торфянистые илы характерны для озер дистрофного типа с за­ болоченными лесными водосборами. Собственные внутренние орга­ нические ресурсы таких озер (планктон, бентос) бедны. В составе илов поэтому преобладают вещества, принесенные извне, — а л л о ­ х т о н н ы е («чужеродные»). Накопление иловых осадков происхо­ дит главным образом за счет обрывков мхов и других растений, сплавин, а также остатков древесной растительности. Цвет таких илов бурый и коричнево-бурый.

Иловые отложения не представляют собой однородной массы. Работами советских биологов установлено микрозональное строе­ ние иловых толщ. Объяснение наличия микроструктуры в илах на­ шло отражение в работах Б. В. Перфильева. Тончайшие, измеряе­

в процессе осаждения веществ и последующего биологического пре­ образования их. Подсчет микрозон в толще ила позволяет устано­ вить возраст отложений и величину годичного прироста ила. Так, возраст двухметровой толщи черного лечебного ила Сакского озера был определен в 1620 лет при среднем годичном приросте 1,3 мм. В характере годовых приростов намечается периодичность, что по­ зволяет сделать ряд интересных выводов для климатологии и гео­ логии.

§ 200. Зональность озерных отложений

Мощность и состав озерных отложений тесно связаны как с ги­ дрологическими и биохимическими процессами, происходящими в самом озере, так и с особенностями той ландшафтной зоны, в ко­ торой озеро расположено. В связи с этим в распределении озерных отложений по территории проявляется широтная зональность. Зако­ номерность эта хорошо отражена на схематических картах озерных отложений земного шара и европейской части СССР, составленных В. В. Алабышевым (1932 г.). Для земного шара им выделено пять зон озерных отложений: 1) зона тундры с маломощными сапропе­ левыми пресноводными отложениями (до 0,5 м), 2) зона таежно­ подзолистая с мощными сапропелевыми пресноводными месторо­ ждениями (до 30 м), 3) зона субтропических и тропических пресно­ водных озерных сапропелей, 4) зона солоноводных сапропелитов и минеральных грязей и 5) вертикальная горная зона пресноводных

сапропелей (до 10 м). Последняя, по существу, является азональ­ ной. Среди пресноводных озерных отложений европейской части

СССР Алабышевым выделены в зависимости от геологического строения тех или иных областей следующие районы озерных отло­ жений.

1. Районы кремнеземистых илов. Эти илы образуются в резуль­ тате скопления створок диатомовых водорослей или наносов песка. Встречаются на Кольском полуострове.

2.Район известковистых илов. Эти илы распространены на Си­ лурийском плато, в бассейне Печоры.

3.Районы железистых озерных отложений (озерных железных руд). Встречаются в Карелии, в Полесье.

4.Районы глинистых илов. Распространены в областях морен­ ных отложений.

Озерные отложения имеют большое практическое значение. Из сапропеля при соответствующей обработке, так же как и из нефти и горючих сланцев, можно получить ряд весьма ценных продуктов: бензин, керосин, смазочные масла и др. Некоторые виды сапропеля могут быть использованы в качестве корма для скота.

Отложения минеральных озер в виде различных минеральных

мацевтической, электрометаллургической промышленности и в сель­ ском хозяйстве для удобрения. Илы минеральных озер имеют высокие лечебные качества и широко применяются в бальнео­ логии.

ГЛАВА 46. ВОДОХРАНИЛИЩА И ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИХ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

§201. Основные понятия

Во д о х р а н и л и щ а — искусственные водоемы. Они предназна­ чены для задержания, накопления, хранения и перераспределения во времени воды — регулирования речного стока с целью использо­ вания его для удовлетворения нужд народного хозяйства: выра­ ботки электрической энергии, орошения, водоснабжения, водного транспорта. Большие водохранилища обычно обслуживают несколь­ ко отраслей народного хозяйства.

Водохранилища создаются путем возведения плотин, перегора­ живающих долину реки, путем обвалования речной поймы. В водо­ хранилища превращены некоторые озера путем искусственного по­ вышения их уровня с помощью плотин, построенных вблизи истоков вытекающих из них рек. На больших реках создаются каскады во­ дохранилищ. Малые водохранилища, создаваемые на мелких звень­ ях гидрографической сети, называют п р у д а м и , а в земляных выемках — к о п а н я м и .

Площадь водохранилищ различна: от нескольких гектаров до нескольких тысяч квадратных километров. Размеры некоторых во­ дохранилищ не уступают большим озерам мира. В СССР наиболь­ шими водохранилищами (по площади), не считая Иркутского и Верхне-Свирского, образованных путем подпора уровня Байкала и Онежского озера, являются Куйбышевское (5900 км2) и Братское (5500 км2). За рубежом к крупным водохранилищам относятся: Ка­ риба— на р. Замбези, Мид — на р. Колорадо, Гаррисон — на р. Миссури и др.

Размеры площадей водохранилищ и другие морфометрические элементы сильно меняются при колебании уровней. Так, площади Рыбинского, Цимлянского, Куйбышевского водохранилищ сокра­ щаются в 1,5—2 раза при максимальном снижении уровней по срав­ нению с наивысшим проектным уровнем, что, естественно, не может не отразиться на изменении их гидрологического режима, преобра­ зовании берегов и дна котловины.

По форме в плане и строению котловины водохранилища делят на речные и озерные. Речные водохранилища (иногда их подразде­ ляют на русловые и долинные) образуются в результате затопле­ ния русел и долин рек (Горьковское, Волгоградское, Усть-Камено­ горское и Др.). Форма их вытянутая, очертания уреза повторяют очертания русла или долины. Длина во много раз превышает ши­ рину. Наибольшие глубины располагаются в местах затопленных русел и увеличиваются в направлении к плотине.

Водохранилища озерного типа возникают в случае подпора озер, а также при затоплении не только русел и речных долин, но и при­ водораздельных пространств и междуречий (Рыбинское), бессточ­ ных котловин (Куюмазарское водохранилище в бассейне Зеравшана). Некоторые авторы выделяют озерно-речные водохранилища. Они возникают при затоплении речных долин и их озеровидных рас­ ширений (Куйбышевское, Цимлянское и др.).

Водохранилища, созданные в долинах рек, совмещают в себе признаки озера и реки. С озером их сближает замедленный водооб­ мен и как следствие расслоение водной массы. Сходство с рекой за­ ключается в постоянстве поступательного движения воды, наблю­ даемого в их верхних участках и по оси бывших затопленных русел. Это создает большую проточность (водообменность) в водохрани­ лищах по сравнению с озерами и тенденцию к нарушению страти­ фикации.

Таким образом, двойственная природа водохранилища и искус­ ственное регулирование стока его вод создают своеобразие в уро­ венной, термическом, химико-биологическом, ледовом режиме и ди­ намике его водной массы. В крупных речных и озерно-речных водо­ хранилищах по морфометрическим особенностям котловины и по степени соответствия режима речному или озерному типу выделя­ ются характерные участки: нижний — приплотинный, всегда глубо­ кий, с преобладанием режима озерного типа; средний — промежу­ точный, глубоководный только при высоких уровнях; верхний — мелководный, расположенный главным образом в пределах подто­

пленного русла и поймы, где в режиме преобладает речной тип и участок выклинивания подпора. Границы этих участков условны. Иногда их намечают по характеру режима волнения, меняющегося в связи с изменением глубины и амплитуды колебания уровней.

§ 202. Особенности уровенного режима

Режим уровней в водохранилище управляется человеком и тесно связан с наполнением водохранилища, режимом работы гидроэлек­ тростанции, забором воды на орошение, спуском воды для поддер­ жания судоходных глубин ниже плотины и т. д.

Выше плотины, перегораживающей реку, накапливается вода, возникает подпор (повышение уровня), распространяющийся на крупных водохранилищах на сотни километров. Подпруженные воды затопляют пойменные и надпойменные террасы, а иногда и ко­ ренные берега. Естественный режим реки преобразуется не только выше плотины (в верхнем бьефе), но и ниже нее (в нижнем бьефе). Характер этих преобразований зависит от величины подпора, коли­ чества воды, накопившейся в водохранилище, и типа регулирования речного стока, т. е. искусственного перераспределения стока во вре­ мени. Различают водохранилища многолетнего, сезонного, годич­ ного, недельного и суточного регулирования стока. При многолетнем регулировании производится перераспределение стока между мно­ говодными и маловодными годами, при сезонном — перераспределе­ ние стока в каждом году между сезонами. Недельное и суточное ре­ гулирование стока обычно не связано с естественными колебаниями стока в эти периоды, а вызывается неравномерной выработкой ги­ дроэнергии в течение недели или в течение суток. В выходные дни и ночью в связи со снижением выработки энергии в водохранили­ щах накапливается вода, а в нижних бьефах ГЭС расходы воды и уровни резко снижаются. Водохранилища многолетнего регулиро­ вания обеспечивают все виды регулирования стока. Для обеспече­ ния многолетнего регулирования стока полезный объем водохрани­ лища должен быть большим, равным примерно 20—50% годового стока реки, для сезонного меньше, около 8—20% годового стока, для суточного еще меньше.

В водохранилище различают несколько характерных уровней, главные из них: нормальный подпорный уровень (НПУ) и уровень мертвого объема (УМО). НПУ — наивысший проектный уровень верхнего бьефа, выше которого подъем уровня в водохранилище, как правило, не допускается. УМО — минимальный уровень водо­ хранилища при сработке его полезного объема, допустимый в усло­ виях нормальной эксплуатации водохранилищ. Выделяют также форсированный подпорный уровень (ФПУ). Он выше НПУ и допу­ стим при пропуске вод половодий и паводков редкой повторяемости. Длительность стояния его невелика.

На разных (по длине) участках водохранилища отметки уровня воды неодинаковы. Они постепенно повышаются от плотины вверх по течению и достигают наибольшей величины в зоне

выклинивания подпора. Это повышение уровня характеризует кри­ вая подпора (рис. 140).

В годовом цикле уровенного режима водохранилищ гидроэлек­ тростанций многолетнего и сезонного регулирования выделяются три фазы: подъем, относительно устойчивое стояние уровней и спад. Фазы подъема и спада выражены отчетливо. Первая совпадает с периодом половодья, во время которого происходит сравнительно быстрое наполнение водохранилища до наибольших отметок (обыч­ но до НПУ). Фаза спада длительная и продолжается чаще с сере­ дины лета до конца зимы — начала половодья следующего года. Эта фаза — результат искусственной сработки полезного объема водо­ хранилища. Фаза относительно устойчивых уровней, близких по вы­ соте к НПУ, не всегда отчетливо выражена. Длительность ее для

разных водохранилищ и разных по водности лет неодинакова. В во­ дохранилищах, воды которых в значительной части используются для ирригации (орошение, промывка засоленных почв), выделяются два периода: вегетационный и невегетационный. Период орошения в течение вегетационного периода совпадает с половодьем на гор­ ных реках (Кавказ, Средняя Азия). В уровенной режиме водохра­ нилищ такого типа в вегетационный период наблюдаются две фазы: подъем (в среднем апрель—май) и спад (май—сентябрь).

Обычно после фазы спада наблюдается осенне-зимнее повыше­ ние уровня, длящееся либо до весны, либо нарушаемое в конце зимы — начале весны недлительным понижением (сработкой) (рис. 141).

На больших водохранилищах уровенный режим различен на раз­ ных участках. Наибольшие отклонения уровенного режима от есте­