Водный, гидрохимический и гидробиологический режимы водохранилищ

Внутригодовой ход уровня водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования характеризуется резким подъемом в период наполнения и спадом в течение остальной части года. Амплитуда колебаний на равнинных водохранилищах составляет обычно 5-7 м, на горных 50-80 м. Это значительно выше, чем на озерах.

Такие значительные колебания уровней на водохранилище приводят к интенсивному размыву берегов и переформированию ложа.

В структуре водного баланса водохранилищ, в отличие от озер, не наблюдается четкого зонального изменения по территории. Для подавляющего числа водохранилищ более 90% приходной части дает поверхностный приток с водосбора, и боле 90% расходной части – сток из водоема. Высотная поясность и широтная зональность не оказывают существенного влияния на структуру водного баланса.

Течения в водохранилищах имеют много общего с течениями в озерах и отличаются более сложной пространственной структурой и нестационарным характером. В водохранилищах с большой площадью поверхности, как и в озерах, наблюдаются сильные ветровые течения, во многих водохранилищах – плотностные.

1. Структура течений в водохранилищах отличается большей сложностью по сравнению с озерами из-за взаимодействия стоковых, дрейфовых, компенсационных течений

2. Формируется нестационарная система течений, разная на различных участках водохранилищ:

Волнение на водохранилищах зависит от их размера. Обычно оно слабее, чем на озерах, но сильнее, чем на реках. Высота волн на больших водохранилищах достигает 2-3 м.

По термическому режиму водохранилища отличаются от рек неоднородным распределением температуры воды по длине, ширине и глубине, а в отличие от глубоких озер – неустойчивой стратификацией и относительно высокими температурами придонных слоев летом. Образование термобара в водохранилище связано как с различием температуры воды мелководий и глубоководной части, так и с контактом водных масс впадающих рек.

Период ледовых явлений в водохранилищах, как и в озерах, обычно продолжительнее, чем на реках. Толщина льда на водохранилищах также больше, чем на реках. Если водохранилище осуществляет недельное или суточное регулирование стока, то частые колебания уровня удлиняют период замерзания.

По гидрохимическому и гидробиологическому режиму водохранилища ближе к озерам, чем к рекам. Но минерализация и химический состав вод водохранилищ могут сильно меняться по акватории и глубине в связи с различиями состава воды притоков и сбросами сточных вод. Например, на Камском водохранилище минерализация обычно не превышает 250-500 мг/л, а в местах сброса сточных вод она достигает 1000 м/л.

В первые 5-10 лет после наполнения водохранилища, особенно в лесной зоне, на гидрохимический и гидробиологический режимы оказывают влияние оставшиеся под водой растительность и почвенный покров. Разложение остатков растительности в зоне затопления может отрицательно повлиять на качество воды. Этот процесс ведет к уменьшению содержания кислорода в водной толще вплоть до возникновения его дефицита, что приводит к замору рыб.

Общее направление смены экосистем при подпоре рек и образовании водохранилищ – это смена реофильных, приспособленных к значительным скоростям течения речных форм организмов, озерными – лимнофильными, свойственные водоемам с замедленным водообменом.

Переформирование берегов и заиление водохранилищ

Постоянные колебания уровней и ветровое волнение являются главными причинами возникновения процесса переформирования берегов, т.е. чередование процессов абразии берегов, аккумуляции смытого материала и вдольберегового его переноса.

Первоначальный склон котловины преобразуется в берег озеровидного водоема в результате волновой абразии его верхней части и аккумуляции поступившего материала в нижний.

Этот процесс происходит интенсивно, особенно в первые годы, и охватывает значительные площади побережий. Например, на Камском водохранилище в первый год эксплуатации отступание берегов составляло 20-30 м. В последующие годы отступание берегов уменьшается.

При формировании берегов изменяется не только их профиль. Но и плановые очертания. На мысах и выступах переработка идет интенсивнее, чем на выровненных участках. В обрывистых берегах нередко образуются волноприбойные ниши высотой 2-3 м, и врезающиеся в берег на 3-4 м. Нависающие над ними блоки берега затем обрушаются и создают навалы породы средним объемом 200-300 м³. Расчет переработки берегов - важная задача, которая решается различными методами в зависимости от геологического строения берегов. Методы позволяют оценить и прогнозировать на различные периоды переработку берегов на отдельных участках.

Особенности процессов формирования берегов водохранилищ заключаются в следующем:

1. Активизация экзогенных процессов. Заполнение водохранилища произошло практически мгновенно и сразу же стало отчетливо видно несоответствие уровенного режима водоема и вновь образовавшихся берегов. Происходит активизация тех процессов, которые ранее были ведущими.

Отличие от речной обстановки заключается в том, что на смену эрозии приходит абразия – разрушение берегов водохранилищ волнами, к тому же активизировались процессы выветривания.

2. Основное внимание – склоны долины. При рассмотрении русловых процессов на реках основное внимание уделяется развитию самого русла и дна долины, в особенности ее пойменной части. По отношению же к водохранилищам нас интересует не столько дно, сколько склоны долины - берега.

3. Длительность процессов. Естественные речные долины формировались в течение длительного периода времени, а формирование водохранилищ происходило очень интенсивно

Процесс отложения в водохранилище наносов называют заилением.

В процессе заиления формируется толща донных отложений. Интенсивность заиления зависит от стока наносов реки и объема водохранилища.

Расчеты заиления необходимы для оценки продолжительности службы водоемов, потерь полезного объема и т.д.

Таким образом, водохранилища как новые географические объекты отличаются присущими только им особенностями:

1. Водохранилища как водные объекты являются азональными, с заранее определенными человеком параметрами, не присущие тем природным условиям в которых они создаются

2. Режим этих водных объектов заранее запланирован и определяется совокупным влиянием природных и особенно антропогенных факторов

3. Водохранилища отличаются резким изменением (по сравнению с естественным объектом, на базе которого создано) или совершенно новым развитием внутриводоемных процессов – гидродинамических, гидробиологических, гидрохимических, гидрофизических)

4. Водохранилища отличаются непостоянством режима эксплуатации, который за период эксплуатации может меняться

5. Каждое водохранилище сугубо индивидуально и представляет собой сложнейший комплекс процессов и явлений, причем ни одно их них не может рассматриваться без учета взаимосвязей со всем комплексом

6. Водохранилища отличаются исключительно сложным взаимодействием с прилегающей территорией, на которой в результате их влияние преобразуются ландшафты, происходят коренные изменения в разных сферах деятельности человека

7. В разных районах и зонах одного и того же водохранилища возникают существенные различия в характере гидрологического режима и условиях взаимодействия в системе «водоем – окружающая среда».