Файл: Богословский, Б. Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища.pdf

электроэнергии. Вода 'сбрасывается из водохранилища в часы 'повышенного потребления электроэнергии и интенсивной работы ГЭС (обычно с 8 до 12 и с 18 до 24 часов) и накапливается в нем в остальные часы суток (рис. 46, а). Такое регулирование осу­ ществляется водохранилищами .мнлого объема, не вмещающими полностью вод половодий и паводков, а крупными водохранили­ щами только совместно ic другими видами регулирования. Ам­ плитуда суточных колебаний уровня воды при этом типе 'регули­ рования больше, чем в реке в естественном состоянии, и может достигать в нижнем бьефе 2—5 и более метров. К таким водо­ хранилищам относятся, .например, Осипоничское и Чигиринское в БССР и др.

Аналогично суточному недельное регулирование, при .кото­ ром попуски воды из водохранилища уменьшаются в выходные и праздничные дни, когда большинство промышленных предпри­ ятий .не работает.

При сезонном регулировании происходит выравнивание внут­ ригодового хода стока, перераспределение его из многоводных сезонов в маловодные (рис. 46, б)- Необходимость его вызвана неравномерным распределением стока внутри вода и несовпаде­ нием максимумов стока и потребления воды. Это наиболее распространенный тип регулирования, осуществляемый водохра­ нилищами значительного объема, способными вместить воды половодий и паводков среднего по водности года. Большинство водохранилищ на Волге осуществляют сезонное регулирование.

Многолетнее регулирование заключается в перераспределе­ нии стока из 'многоводных лет и периодов в маловодные. При этом типе регулирования водохранилища в многоводные и 'Сред­ ние по водности водьг,задерживают сток половодий и таким обра­ зом накапливают запасы 'воды для повышенных сбросов в мало­ водные годы и периоды (рис. 46, в). Многолетнее регулирование ■осуществляется наиболее 'крупными водохранилищами большо­ го объема, такими как Красноярское, Братское. Наполнение этих водохранилищ происходит в течение нескольких лет.

Водохранилища сезонного регулирования (могут производить также недельное и суточное, а многолетнего — суточное, недель­ ное и сезонное регулирование.

Возможности регулирования увеличиваются при создании каскадов — цепи водохранилищ на одной раке. В каскаде регу­ лируется не только сток, как в отдельных водохранилищах, но и приток, поступающий из вышележащих водоемов. Каскады во­ дохранилищ созданы на крупных реках СССР: Волге, Каме,

Днепре, Енисее и Ангаре, проектируются и строятся на Оби,’ Лене, Амуре.

Режим водохранилищ в каскаде различен в зависимости от назначения и характера использования (каждого из них. Одни водоемы базовые, регулирующие сток, отличаются большими объемами и значительной сработкой, как, например, Рыбинское

190

а,м3/ с

Рис 46. Схемы суточного (а), сезонного (б) и много­

летнего ( в ) регулирования стока водохранилищами:

1—зарегулированные расходы; 2—объем воды, расходуемой из водохранилища; 3— объем воды, накапливаемой в водо­ хранилище; 4 — бытовые расходы

и Куйбышевское в Волжском каскаде. Гидроэнергетические ус­ тановки других, например Горьковского, Волгоградского, рабо­ тают на транзитных водах верхних водохранилищ; колебания уровней сравнительно невелики (рис. 47).

Водообмен водохранилищ происходит .медленнее, чем рек, и значительно быстрее, чем о'зер. Более интенсивен 'водообмен небольших но объему силынопрогочных водохранилищ. Коэффи­ циенты их условного водообмена (отношение объема стока из водоема к объему водной массы водоема Кв)достигают 12—13

(Иваньковское и Угличское водохранилища, обмен в течение ме-

'сяца), а в малых водохранили­ щах УССР —200—300 и более. В крупных водоемах озерного типа водообмен слабее ("КвРыбинского водохранилища 1,7, обмен около 7 месяцев). Водообмен сильно варьирует в течение года, возра­ стая весной, при сбросе части вод половодья, и зимой, при малом объеме воды, и уменьшаясь летом и осенью. Так, /\в Камского водо­ хранилища весной достигает 3, летом и осенью падает до 0,2— 0,7, к концу зимы возрастает до 1.

должно достигать к концу наполнения в средний по водности год. НПУ может поддерживаться плотиной длительное время.

Уровень форсировки (УФ) превышает НПУ обычно не более

192

чем гаа 0,5—1 м и может поддерживаться в течение короткого времени 'при высоких половодьях и паводках.

К уровням сработки относятся: а) уровень ежегодной (ди­ спетчер,акой) срабоРки, которого водохранилище достигает еже­ годно при нормальной эксплуатации; б) (проектный уровень наи­ большей сработки, который достигается только в (маловодные годы; в) уровень наибольшей технически допустимой сработки, или уровень мертвого объема (УМО), сработка ниже которого ведет к нарушению нормальной (работы ГЭС; г) уровень наиболь­ шего возможного опорожнения, наступающий при открытии всех водосборов пл-отияы для ремонта гидротехнических сооружений, очистки ,от «наносов и т. п. и прекращении «работы ГЭС.

Полный объем водохранилища делится на несколько объ­ емов (емкостей), ограничиваемых (проектными уровнями. Объем форсировки располагается между УФ и НПУ. Для регулирова­ ния стока иапольэуется п о л е з н ы й о б ъ е м , лежащий между НПУ и УМО. М е р т в ы й о б ъ е м , расположенный ниже УМО, не используется для регулирования стока, но (необходим для под­ держания минимального напора на ГЭС, судоходных глубин для подхода к причалам и сооружениям, обеспечения работы водо­ заборных сооружений, соблюдения санитарных норм.

Как помавали исследования, наблюдаемые уровни редко совпадают с проектными отметками и режим водоемов лучше отражают характерные уровни, к которым относятся на .водохра­ нилищах сезонного регулирования в средних широтах СССР

уровни наибольшей зимней сработки начала и максимума весен­ него наполнения, -максимальный и -минимальный (навигационно­ го периода и др. Для развития динамических явлений (волн, те­ чений), формирования берегов, развития жмени, особенно в при­ брежной области, большое значение имеет повторяемость и обе­ спеченность тех или иных уровней в водохранилище.

Для -внутригодового хода уровней (водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования характерны резкий подъем в пе­ риод (наполнения и сработка в течение ©сей остальной части го­ да (ам. рис. 48). В условиях умеренного климата летне-осенняя сработка идет медленно, зимняя — интенсивно в связи с резким уменьшением притока и 'большей потребностью в электроэнергии. На годовой ход уровней накладываются колебания, (Связанные с суточным регулированием. В некоторых водохранилищах [кас­ кадов, использующих для работы ГЭС транзитную воду вышеле­ жащих водохранилищ, летам сработки ;не происходит и уровни испытывают незначительные колебания (Горьковское и Волго­ градское (водохранилища, см. рис. 48). Годовые колебания уров­ ней значительно выше, чем в озерах, и достигают на «равнинных водохранилищах 5—7, а :на горных — даже 50—801м.

В результате затопления русел, «пойм, склонов долин, а ;в ря­ де случаев и водоразделов котловины водохранилищ отличают­ ся большой сложностью рельефа дна, резкими перепадами глу­

193

бин, разобщенностью на плесы. Строение (котловин весьма раз­ нообразно.

Морфометрические показатели водохранилищ значительно меняются в течение года ;в (Связи е большими 'колебаниями уров­

в 2, Иваньковского—-в 6 раз. Резкие (колебания уровней и раз­ меров водохранилищ существенно влияют на формирование бе­ регов и создают сложные условия жизни, особенно в прибреж­ ных районах и осушаемой зоне.

Равнинные водохранилища отличаются значительным за­ топлением окружающих территорий, большими площадями зер­ кала (до нескольких сотен квадратных километров), обширными мелководьями при относительно небольшом напоре (подъеме уровня по сравнению с рекой). К ним относятся водохранилища Волжского и Днепровского каскадов, Цимлянское, Верхнесвир- ■ское, Новосибирское с напором 15—35 м.

Для горных водохранилищ характерны большой напор и объем воды при сравнительно малой площади зеркала и мелко­ водий. Это, например, Ингурское (напор 410 м), Нурекское (273 м), Саяно-Шушенское (212 м), Токтогульское (180 м).

Промежуточное положение между равнинными и горными по (морфометрическим показателям занимают водохранилища, расположенные на плоскогорьях и в предгорьях: Мингечауракое (напор 65 м), Бухтарминское (67 м), Усть-Илимское (91 м), Красноярское (100 м), Братское (106м).

В движении вод водохранилищ сочетаются элементы речного (■стоковые течения) и озерного (ветровые течения, огоны и наго­ ны, волны) режима. Режим течений и волн осложняется строени­ ем котловин (пересеченный рельеф дна, резкие изменения глу­ бин, обширные мелководья), значительными (колебаниями уров­ ней воды, попусками воды через плотины. Стоковые течения наблюдаются во всех водохранилищах, но скорости их значитель­ но меньше, чем в реках (например, в Горьковском водохранили­ ще в первые годы после его заполнения на 50—90% меньше, чем в реке).

Наибольшие скорости течений наблюдаются в верхней ча­ сти водоемов, в зоне выклинивания подпора. Меньше они в сред­ ней части и могут возрастать в нижней в связи со сбросами вод через плотину: Так, в верхней части Иваньковского водохранили­ ща Волж;с(когв каскада скорости течения в поверхностном слое воды в мае 1957 г. достигали 0,27, в средней — не превышали 0,07 м/с, в нижней — возрастали до 0,20, в верхней части Рыбин­ ского водохранилища в 1963 г.—до 0,30—0,40, в средней—-до 0,20—0,30 м/с. На верхних участках водохранилищ каскадов ско­ рости течений могут превышать 1 м/с при -попусках вышележа­ щих ГЭС.

194