Типизация водохранилищ по размерам и типам котловин (при нормальном подпорном уровне – нпу)

Основной бассейн	Категория водохранилищ	Количество водохранилищ	Объем, млн м³			Площадь зеркала, км²			Тип котловины
			общий	пределы		общий	пределы		озерный	озерно-речной	речной	наливной
Западная	Среднее	4	791,65	104-313		167,17	32-53		4	-	-	-
Двина	Небольшие	6	339,50	14-80		97,68	3-24		2	4	-	-
	Малые	7	10,66	1,1-2,5		4,10	0,2-1,2		1	-	5	1
Итого:		17	1141,81			268,95			7	4	5	1
Днепр	Среднее	1	103,00	-		26,86	-		-	-	1	-
	Небольшие	6	181,88	15-60		56,65	3-21		-	-	4	2
	Малые	34	94,23	1,0-83		36,55	0,3-4,5		-	-	26	8
Итого:		41	379,11			120,06					31	10
Неман	Среднее	1	262,00	-		77,00	-		-	-	1	-
	Небольшие	1	28,0	-		11,90	-		-	-	1	-
	Малые	19	47,24	1,0-7,5		28,30	0,5-5,4		-	-	16	3
Итого:		21	335,24			117,20					18	3
Припять	Небольшие	11	442,16	14-69		159,31	3-24		2	-	6	3
	Малые	35	106,97	1,0-8,9		36,33	0,3-3,2		1	-	7	27
Итого:		46	549,13			195,64			3		13	30
Западный	Небольшие	1	23,20		-	5,40		-	1	-	-	-
Буг	Малые	4	22,22		2,1-10,8	7,34		0,6-2,0	1	-	1	2
Итого:		5	45,42			12,74			2		1	2
Всего:		130	2450,71			714,59			12	4	68	46

Рис. 1.8. Картограмма перспективного размещения водохранилищ

Беларуси на 2000 год

Анализ потребностей в воде для целей поддержания оптимальной увлажненности почвы в наименее водообеспеченной части республики — Белорусском Полесье — показывает в целом достаточность воды весеннего паводка в дефицитный период года. Однако при неблагоприятном сочетании увлажненности и температуры воздуха в отдельные сезоны года при дальнейшем интенсивном использовании земель, создается дефицит в воде, для покрытия которого может оказаться недостаточным резерв зарегулированных местных водных ресурсов, который был создан в последние годы.

Для развития народного хозяйства в перспективе планировалось уже к 2000 году только в бассейне Западной Двины построить более 600 водохранилищ различного типа (рис. 1.8).

3. Особенности водохранилищ как искусственных водных объектов

Водохранилища как природно-антропогенные комплексы имеют свои особенности и специфические черты гидрологического режима. Общей и главной особенностью водохранилищ как антропогенных водных объектов является мгновенное их возникновение в естественных природных комплексах. Их параметры и вид осуществляемого регулирования в конкретных природных условиях определяются человеком.

Гидрологический режим в общих чертах планируется заранее и регулируется диспетчерским графиком с учетом природных и антропогенных факторов, основным из которых является сток реки и гидрологический режим рек и озер, на которых они создаются. Определяющим является антропогенный фактор.

В образовавшемся новом водном объекте, по сравнению с предыдущим естественным режимом, формируются новые гидродинамические условия для качественно нового режима. По сравнению с предыдущим характером внутриводоемных процессов в новых условиях они приобретают качественно новые черты. На базе естественных водных объектов формируется качественно новая гидроэкосистема, унаследующая природные особенности естественных водных объектов и преобретающая качественно новые. По Ю.М. Матарзину «Водохранилище – антропогенное звено общего процесса стока, искусственный водоем, созданный на базе естественных (река, озеро и др.), или в специально созданных чашах (копани), новый водный объект с искусственно регулируемой по определенному плану емкостью и зеркалом, обладающий специфическими условиями формирования и гидрологического режима».

В принципе водохранилищем может считаться любых размеров искусственный водоем, заполненный водой. В этом отношении ярким примером может служить условное деление искусственных водоемов на пруды и собственно водохранилища. В странах СНГ принято условно делить искусственные водоемы на озера и водохранилищ по общему объему их водной массы: к водохранилищам относятся искусственные водоемы с объемом более 10 млн м³, к прудам – менее 10 млн м³. В США, например, водохранилищами считаются водоемы с полезным объемом более 5 тыс. акрофутов, или 6,16 млн м3. В большинстве стран Западной Европы к водохранилищам относят меньшие по объему водоемы. Основным условием для такого отнесения служит факт строгого регулирования стока (водообмена) гидротехническими сооружениями.

Учитывая такие обстоятельства в Беларуси пруды могут считаться водохранилищами, а водохранилища прудами, так как и те и другие могут осуществлять активное регулирование стока, или находится в безхозном состоянии. Второй аспект в этом плане относится к карьерным водоемам. К водохранилищам относятся крупные карьерные водоемы (Кричевский карьерный водоем). Аналогично возникает вопрос к какой категории относить зарегулированные озера (Лукомское, и др.).

В процессе эксплуатации возможны изменения в гидрологическом режиме водохранилищ. Основными причинами могут быть изменения в проекте (реконструкция) водохранилищ. Создание каскадного регулирования стока, реализация других проектов, повлекших необходимость пересмотра их диспетчерского графика. Одним из показателей для пересмотра режима эксплуатации является изменение режима водопользования, появление новых водопользователей и т.д.

Создание водохранилища вызывает нарушение сложившегося в природе равновесия. В связи с этим в районе создания водохранилища (в самом водоеме, на прилегающей территории и в нижнем бъефе) активизируются многие природные процессы. В зоне влияния водохранилища на прилегающей территории происходят изменения климатических условий, наблюдается подъем уровня грунтовых вод, подтопление, процесс заболачивания, эволюция почв, растительности, инженерно-геологических условий и др, Создание водохранилища влияет на хозяйство, изменяется инфраструктура населенных пунктов, появляются новые виды хозяйственной деятельности и т.д.

Каждое водохранилище имеет свои индивидуальные черты, неповторяющиеся на других водоемах. Это новый географический объект в конкретном географическом пространстве. По Л.Л. Россолимо «…сложнейший комплекс природных процессов и явлений , из которых ни одно, даже самое незначительное, не может вырвано и рассматриваемо вне связи со всем комплексом».

Важной особенностью водохранилищ является дифференциация гидрологических процессов и явлений по гидрологическим и гидрографическим районам, зонам. В соответствии с этим одни и те же процессы и явления протекают в них по-разному. Процессы взаимодействия с окружающей природной средой также дифференцируются по акватории.

Рассмотренные особенности водохранилищ не являются единственными факторами воздействия на окружающую природную среду. Так, например, на камских водохранилища в прибрежной зоне проявляются процессы карста, которые не отмечаются в других регионах России.

4. Вопросы типизации и классификации водохранилищ

Водохранилища создаются в самих разнообразных природных и геоморфологическим условиях. Поэтому они разнообразны по генезису, форме и размерам котловин, целевому назначению, по реальному использованию на конкретный период времени. Однако вопросы классификации водохранилищ вызывают значительные трудности. Основными причинами этих трудностей являются отсутствие многих данных. Небольшой период наблюдений за гидрологическим режимом, специфика водоема, роль человека в гидрологическом режиме и ждугих процессах, наблюдаемых на водохранилищах.

Первые классификации водохранилищ были предложены в 30-40-х годах (С.Д. Муравейский, Г.И. Долгов, В.И. Жадин). Позже появились многочисленные типизации водохранилищ по отдельным показателям (морфометрическим, гидрологическим, назначению и др.). Однако часто допускается резкая асиммметрия выделяемых типов водохранилищ, допускается ранжирование по разнородным несравнимым показателям, и т.д.

Более удачной можно считать комплексную классификацию крупных водохранилищ Сибири, предложенную В.М. Широковым (1971), в основу которой был положен комплекс показателей. Отдельные типизации крупных водохранилищ были выполнены С.Л. Вендровым, А.Б. Авакяном, М.А. Фортунатовым. По мнению пермских гидрологов при обобщении материалов по водохранилищам должны учитываться репрезентативные показатели, позволяющие однозначно оценивать особенности любого водохранилища, независимо от ранга и назначения. По их мнению, классификационные показатели должны включать две группы показателей (Матарзин, Богословский, Мацкевич, 1977).

Первая группа не требующая числового выражения (на наш взгляд это качественные географические показатели), но дающие четкие географические представления по водным объектам, по водоемам, на которых они созданы. Вторая группа показателей требует четкого числового выражения.

В первую группу показателей входит: географическое положение, особенности водных объектов на которых создаются водохранилища, геоморфологические особенности, по характеру использования стока, характеру использования водохранилищ, и др.

По географическому положению водохранилища можно разделять по их широтному положению и по зональному принципу. По широтному положению водохранилища подразделяются на три типа: полярных областей, умеренных широт и водохранилища аридных областей. В соответствии с климатическими особенностями этих широт формируется гидрологический режим водохранилищ. С широтой тесно связаны воднобалансовые и теплобалансовые характеристики, условия формирования химического стока и т.д. При оценке природных особенностей водохранилищ целесообразно использовать более детальную зональную типизацию водохранилищ (по природным зонам). Особенно это важно при оценке влияния водохранилищ на окружающую природную среду. По С.Л. Бергу выделяются: водохранилища зоны тундры, водохранилища зоны лесов умеренного климата, водохранилища лесостепей, водохранилища степей. Водохранилища полупустынь, водохранилища пустынь и водохранилища субтропиков. Крупные водохранилища, расположенные в нескольких природных зонах следует выделять в особую группу со сложным характером взаимодействия с окружающей природной средой.

По особенностям водных объектов, на которых создаются водохранилища можно выделить три группы. По величине водных объектов разделяют водохранилища на малых реках (озерах), водохранилища на средних реках (озерах), водохранилища на больших реках (озерах).

По типу водных объектов выделяют речные водохранилища, озерные водохранилища, озерно-речные водохранилища, водохранилища в естественных отрицательных формах рельефа, водохранилища, образованные в специально созданных искусственных котловинах (копанях), водохранилища в карьерах (карьерные водоемы).

По особенностям гидрологического режима рек и озер, на которых создаются водохранилища они подразделяются на: водохранилища на реках с весенним половодьем или озерах с весенним наполнением, водохранилища на реках с летним половодьем или озерах с летним наполнением, водохранилища на реках с паводочным режимом или озерах, наполняемых паводочным стоком.

По геоморфологическим особенностям и очертаниям береговой линии в плане различают водохранилища по положению в рельефе , в речной долине и по конфигурации в плане.

По положению в рельефе (высотному положению) водохранилища подразделяются на: водохранилища равнин (равнинные), водохранилища плоскогорных областей, водохранилища предгорных областей (предгорные), водохранилища горных областей (горные водохранилища), водохранилища водоразделов (водораздельные).

По положению в долинах рек и котловинах озер различают русловые водохранилища (в пределах русла в период половодья, в том числе собственно русловые – в русловых ложбинах стока), водохранилища долинные речные, водохранилища долинные озерные, водохранилища, образованные в нескольких речных долинах (сложные долинные), водохранилища образованные в нескольких озерных котловинах (сложные котловинные).

По форме и конфигурации зоны затопления в плане: водохранилища линейно вытянутые простые, водохранилища линейно вытянутые сложные (с чередованием резких расширений и сужений), водохранилища разветвленные (древовидные), водохранилища округлые простые, водохранилища округлые сложные, водохранилища геометрически правильной формы.

По характеру использования стока и особенностям эксплуатации выделяют три группы водохранилищ: по особенностям использования стока; по характеру регулирования стока; по особенностям реализации плана эксплуатации водохранилища в многолетнем разрезе времени.

По особенностям использования стока выделяют: единичные водохранилища на естественном притоке по основной реке; единичные водохранилища на естественном притоке по нескольким рекам; водохранилища на естественном притоке, выполняющие функции регуляторов стока в каскаде (верховые); водохранилища – звенья каскада, расположенные ниже водоемов-регуляторов преимущественно на зарегулированном стоке с основной реки; водохранилища – звенья каскада, расположенные ниже водоемов-регуляторов преимущественно на зарегулированном стоке с основной реки при значительном боковом притоке.

По характеру регулирования стока выделяют: водохранилища суточного регулирования стока, водохранилища недельного регулирования стока, водохранилища сезонного (годичного) регулирования стока, водохранилища многолетнего регулирования стока.

По особенностям реализации плана эксплуатации водохранилища в многолетнем разрезе времени различают: водохранилища с постоянным планом эксплуатации, водохранилища с изменяемым (иногда многократно) планом эксплуатации.

По характеру использования водохранилищ подразделяются на: водохранилища комплексного использования (в интересах нескольких водопользователей: энергетики, водоснабжения, рыбного хозяйства; энергетики, ирригации, рекреации; водного транспорта, ирригации, рыбного хозяйства и т.д.); водохранилища отраслевого использования (энергетические, водно-транспортные, водоснабжение, ирригационные, рекреационные. Водохранилища-охладители ТЭС АЭС и др.).

Во вторую группу входят количественные критерии, характеризующие водохранилища по различным количественным показателям: полному и полезному объемам, площади водного зеркала, средней и максимальной глубинам, велечинам сработки, условному водообмену и др.

Вторая группа показателей предназначена для установления количественных критериев выделяемых типов водохранилищ. По мнению пермских гидрологов исследователей водохранилищ в настоящее время не существует идеальных типизаций, которые бы удовлетворяли всех заинтересованных специалистов. По их мнению наиболее устойчивой следует считать типизацию водохранилищ ,предложенную А.Б. Авакяном по морфометрическим показателям (табл. 1.2). По нашему мнению это одна из типизаций, но считать ее классификацией нельзя.

В качестве примера можно привести типизацию водохранилищ А .Б. Авакяна (1977) по основным морфометрическим показателям (табл. 1.6).

Таблица 1.6.

Типизация водохранилищ про основнымы морфометрическим показателям

Категории водохранилищ	Площадь водного зеркала, км2	Полный объем, км3
Исключительно большие	Более 5000	Более 50
Очень большие	5000-2000	50-10
Большие	2000-500	10-5
Средние	500-100	5-1
Малые	100-20	1-0,1
Очень малые	20-2	0,1-0,01
Исключительно малые	Менее 2	Менее 0,01

Комплексные классификации водохранилищ, которые отражают гидрологические их особенности практически отсутствуют. Первой обобщающей классификацией можно считать предложенную типизацию водохранилищ по генезису образующих котловин (Матарзин, 1977), табл. 1.3. На основании ее автором курса лекций была разработана соответствующая классификация малых водохрнаилищ по характеру затопления котловин.

На наш взгляд, и с позиции географа классификацией можно считать только комплексные типологические классификации, учитывающие весь комплекс качественных и количественных показателей и другие режимные показатели (Лопух, 2001). Вопросу классификации водохранилищ, в частности малых водохранилищ будут посвящены отдельные разделы.

5. Место водохранилищ среди водных объектов суши

Природные и искусственные водоемы являются регуляторами процесса стока и выполняют активную роль в развитии природы других водоемов. Среди них особое место занимают водохранилища. Темпы создания водохранилищ во второй половине ХХ столетия рассматриваются как «водохранилищный взрыв». (Матарзин, 1977). Задерживаемый сток рек в полезном объеме водохранилищ сравнивается с величиной летне-зимнего меженного стока всех рек. По С.Л. Вендрову (1963) «… мы как бы увеличиваем меженный сток рек почти вдвое». Это обстоятельство характеризует строительство водохранилищ как весьма положительный фактор их влияния на сток. Однако, с другой стороны создание водохранилищ ведет к замедлению стока и снижению водообмена в бассейнах рек. По Г.П. Калинину продолжительность водообмена рек Земли уже к началу 60-х увеличилась с 20 до 40 суток. По оценкам рек СНГ в 70-е годы водообмен увеличился почти в 4 раза. Создание каскадов водохранилищ ведет еще к большему замедлению стока рек. Так, водообмен Волги и Камы уменьшился в 8-10 раз. Это неблагоприятно сказывается на продуктивности Каспийского моря.

Создаваемые водохранилища являются антропогенными звеньями общего процесса стока, однако по структуре водного баланса они являются азональными. По крайней мере, это обстоятельство верно для крупных водохранилищ.

Последствия создания водохранилищ, их влияния на природу многообразны. Их влияние зависит от параметров создаваемых водоемов. Не смотря на заранее запланированные изменения в природной среде, последствия их создания имеют и отрицательное значение. Масштабы влияния создания малых водохранилищ существенно отличаются от влияния крупных. Однако в равнинных условиях прямое затопление сельскохозяйственных угодий порой бывает весьма существенным, что ограничивает их строительство.

При оценке взаимодействия водохранилищ с окружающей природной средой большое значение имеет их генезис. Это обстоятельство должно учитываться при разработке теоретических и практических вопросов этого плана. В Пермском государственном университете была сделана такая попытка для крупных водохранилищ (рис. 1.8). В обеих группах водных объектов выделяются естественные и искусственные водотоки и водоемы. Зарегулированные озера и реки с измененным гидрологическим режимом имеют специфические черты, обусловленные разным генезисом. Общее их сходство заключается в создании искусственных водоемов на базе естественных Однако водохранилища это непростая сумма свойств исходных или базовых водоемов и водотоков. Это качественно новый водный объект с качественно другими свойствами и режимом. Поэтому для их изучения необходимы методы из других наук.

Рис. 1.8. Место водохранилищ среди водных объектов суши (по Т.П. Девятковой, Ю.М. Матарзину, 1977)

В этой связи следует отметить специфику малых водохранилищ Беларуси, которые находятся в исключительно равнинных условиях и имеют провинциальные различия.В инженерно-геологическом отношении на общем фоне провинциальных природных особенностей зоны с учетом влияния четвертичных оледенений, а также современных динамических процессов в пределах зоны смешанных лесов выделяются четыре природно-динамические области: Приморская, области Белорусско-Валдайского Поозерья, Белорусской гряды и Среднерусской возвышенности и Полесская (рис. 1.9.). Для каждой природно-динамической зоны характерны качественные и количественные особенности современных геоморфологических процессов: типы, интенсивность и характер проявлений и т.д.

Отличительной особенностью Приморской области является преобладание песчаных и заболоченных равнин с выраженными возвышенностями высотой не менее 200 м. В связи с близким залеганием известняков развиты карстовые явления. Здесь преобладают небольшие моренные озерки ледникового происхождения. Наиболее крупными водоемами области являются озера Ильмень, Чудское и Псковское. Среди водохранилищ выделяется каскад небольших водохранилищ на р. Даугаве (Рижское, Кегумское, Плявинское). Особенности гидрологического режима, связанные с каскадным регулированием стока, природные отличия долины р. Даугавы позволяют выделить эти водохранилища в самостоятельный район. Среди других районов выделяется участок нижнего течения р. Неман. Остальную территорию Приморской области следует характеризовать как природно-динамический район с преимущественно малыми водохранилищами.

Рис. 1.9. Природно-динамические области лесной зоны6 1 – Приморская область; 11 – Область Белорусского Поозерья; 111 – область Белорусской гряды и Среднерусских (водораздельных) возвышенностей, 1У – Полесская

Среди современных береговых процессов для области характерны осыпные, оползневые и карстовые процессы. На отдельных участках водохранилищ встречается суффозионный процесс. Широкое развитие получили гравитационные процессы, обусловленные повсеместным распространением эоловых форм рельефа. Повсеместно развиты процессы обрушения и заболачивания берегов.

Область Поозерья приходится на краевую зону Валдайского оледенения, которая отличается хорошо сохранившимися формами рельефа (грядами) и наличием котловин многочисленных озёр. На западе область переходит на территорию Польши (Мазурское Поозерье). Она включает ряд конечноморенных гряд, чередующихся с низинами, сложенными водно-ледниковыми песками. Здесь располагается самая высокая на Русской равнине Валдайская возвышенность, с которой берут начало Волга и Западная Двина, находится самое крупное озеро — Селигер.

Область Поозерья генетически однородна и соответствует природной провинции смешанных лесов Белорусско-Валдайского Поозерья (Белорусско-Валдайская природная провинция). В течение голоцена ледниковый геоморфологический комплекс претерпел преобразования под влиянием эрозионной и аккумулятивной деятельности поверхностных вод, в том числе и береговых процессов в озёрах (заполнение их осадками) (А.В. Матвеев, 1986, 1990). Закономерное размещение геоморфологических районов в области, обусловленных стадиальным развитием Валдайских ледников, определило возникновение и формирование современных озёрных групп (Браславская, Ушачская, Диснай, Друкшай, Сиверис, Рушону, озёра Латгальской возвышенности и др.). Узкие речные долины благоприятны для сооружения водохранилищ. Многие озёрные группы зарегулированы (Браславское, Дрисвяты, Лубано, Езерище и др.). В перспективе в связи с мелиорацией и использованием энергоресурсов малых рек в области будет создано достаточное количество водохранилищ. Только на территории Беларуси (бассейн Западной Двины) в последние 15-20 лет планировалось создать более 300 водохранилищ преимущественно озёрного и озёрно-речного типов. В области Поозерья расположены верхневолжские водохранилища, созданные в XIXвеке. Так, например, Верхневолжское водохранилище на озёрах Стерж, Веслуг, Пена и Волго образовано в 1843 году.

В области выделяются районы долин Немана (Каунасское) и среднего и верхнего течения Западной Двины. На Западной Двине планировалось создание Даугавпилского, Екабпилского и Витебского водохранилищ с объемом воды более 800 млн м³, но строительство и проектирование этих объектов прекращено из-за больших возможных экологических нарушений в природе при их создании.

Для водохранилищ Поозерья характерно развитие обвального и оползневого типов береговых процессов. В отличие от речных водохранилищ береговые процессы на озерах имеют свои особенности и к настоящему времени изучены недостаточно.

Область Белорусской гряды и Среднерусской возвышенности является наиболее освоенной. На первом этапе в процессе реализации плана ГОЭЛРО и строительства канала им. Москвы здесь создавались водохранилища энергетического назначения. В области находятся несколько достаточно крупных Верхневолжских водохранилищ (Иваньковское, Угличское), Вилейское и Заславское водохранилища Вилейско-Минской водной системы, ряд водохранилищ различного назначения в Московской области. В связи с водораздельным положением этой области здесь расположены в основном малые реки и верховья больших, поэтому здесь представлены малые и небольшие водохранилища.

Рельеф области отличается отсутствием типичных природных ледниково-аккумулятивных форм: он развился на ледниковых отложениях, но ледниково-аккумулятивное происхождение имеют только средние и крупные формы. В область входит Белорусская (Западно-Белорусская, Восточно-Белорусская, Предполесская) и Среднерусская природные провинции. Ложа водохранилищ в этой области представлены отчетливо выраженными и глубоко врезанными речными долинами. Берега имеют сложное геоморфологическое строение. Водохранилища в плане вытянутой формы с приплотинным расширением. Разнообразие природных условий, в особенности геолого-геоморфологических, определяет формирование берегов речного типа (абразионно-обвальный, осыпной, абразионно-аккумулятивный и др.). На этих водохранилищах преобладают абразионно-обвальные берега.

Полесская природно-динамическая область состоит из Белорусского и Украинского Полесий и провинции смешанных лесов Мещеры. Здесь преобладают сильно заболоченные аллювиальные, озёрные, озёрно-аллювиальные и водно-ледниковые равнины. Белорусское и Украинское Полесья имеют абсолютные высоты в пределах 100-200 м и различаются высотой, заболоченностью, типами торфяников. Эти различия обусловлены геологическими условиями и историей формирования. Мещерская низменность имеет несколько меньшие высотные отметки и прошла стадию приледникового водоема. В отличие от территории Полесья моренные отложения сохранились лучше и в современном рельефе проявляются в виде небольших холмов.

Водохранилища области, как правило, мелиоративного назначения и имеют низкие и пологие берега. В ложе котловины и по берегам широко представлены современные аллювиальные и озёрно-болотные отложения. Водохранилища требуют зачастую дополнительных обвалований. В образовании ложа и берегов котловин участвуют преимущественно песчаные отложения и наиболее характерными для водохранилищ полесского типа являются берега нейтрального типа (заболачивания и затопления). В приплотинном районе с достаточно активной ветровой деятельностью преобладает аккумулятивный тип берега. Равнинность и заболоченность области не позволяют создавать здесь крупные водохранилища. Поэтому здесь преобладают малые и небольшие водохранилища объемом не более 50 млн м³.

Таким образом, в лесной зоне европейской части страны зональными признаками обладают в основном малые и небольшие озёра и водохранилища. Они проявляются в природных особенностях, геологии и литологии берегов и ложа, современных процессах и др. Водоемы по своим признакам нами объединены в четыре природно-динамические группы. Это позволяет говорить о малых и небольших водохранилищах приморских равнин, поозерского типа, центральных водораздельных возвышенностей и полесского типа (В.М. Широков, П.С. Лопух, 1986; В.М. Широков, П.С. Лопух, В.Е. Левкевич, 1992).

Малые водохранилища занимают центральное место среди водоемов и водотоков (рис. 1.10). Их образование тесно связано с гидрографией выделенных провинций. В зону прямого затопления попадают отдельные природные и искусственные водные объекты, карьеры, целые мелиоративные системы, которые отражаются в специфике ложа и характере взаимодействия с окружающей природной средой. В отличие от крупных водохранилищ, в малых (объемом до 100 млн м3) наиболее существенные изменения происходят в самих водохранилищах.

Рис.1.10 Место малых водохранилищ среди других водных объектов замедленного водообмена

6. История формирования водохранилищного фонда

и исследования водохранилищ

Постановка проблем, связанных с созданием водохранилищ принадлежит в большей степени советским ученым. Среди них выделяются направления комплексного исследования водохранилищ, проблемы геодинамики береговой зоны, взаимодействия водохранилищ с окружающей средой, влияние на хозяйство прилегающих районов.

Начало систематических исследований приходится на 20-30 годы в связи с реализацией плана по электрификации СССР. В 1934 году ВОДГЕО была проведена первое совещание по результатам исследования водохранилищ, на котором С.Д. Муравейским и другими исследователями были четко определены задачи исследований искусственных водоемов, указано на необходимость исследования как самих водохранилищ, так целенаправленного комплексного исследования в районах их создания в перспективе. В отдельных докладах был обобщен опыт исследования водохранилищ в СССР И Америке. Этот первый период следует отметить как период начала исследования водохранилищ и постановки научных задач.

Второй период (1934-50 гг.) исследования водохранилищ связан со строительством крупных водохранилищ при ГЭС. Изучением водохранилищ стали заниматься не только гидротехники, гидрологи, но и специалисты водного хозяйства, гидрохимики, гидробиологи, ихтиологи, работники санитарной службы. Вопросы влияния водохранилищ на окружающую природную среду привлекают географов, метеорологов, фенологов, ботаников, почвоведов, врачей, инженеров, архитекторов, экономистов, экономико-географов.

Третий период(1950-85 гг.) прерванный второй мировой войной отличался бурным строительством как малых, так и крупнейших водохранилищ мира в СССР. С 1950 г. Начинается интенсивное исследование водохранилищ в СССР. На крупнейших водохранилищах Гидрометслужбой организуются обсерватории, в исследовании водохранилищ принимают участие института АН СССР, научно-исследовательские и проектные институты разных министерств и ведомств, высшие учебные заведения. Так, например, в Беларуси Белорусским политехническим институтом на ряде водохранилищ были организованы стационарные наблюдения за переработкой берегов (водохранилища Осиповичской, Лепельской ГЭС, и др.). На этот период приходится максимальной количество публикаций по результатам исследований. К концу периода число публикаций вероятно превысила 20 тыс.

На первом этапе преобладали научно-популярные издания. Однако, рост проблем, связанных с созданием водохранилищ, обусловил несколько основных научных направлений: вопросы изысканий, проектирования, создания и эксплуатации водохранилищ (20 %), исследование гидрологических процессов и явлений в водохранилищах (около 20 %), вопросы гидробиологии и рыбохозяйственного использования водохранилищ (более 30 %), вопросы гидрохимии, качества вод и их охрана (около 10 %), влияние водохранилищ на окружающую природную среду и хозяйство прилегающих районов (более 20 %). Число докторских диссертаций, защищенных по материалам исследования водохранилищ, составило около 50, а кандидатских более 300. За этот период было проведено более 100 научных конференций и совещаний, посвященных исследованию водохранилищ. Водохранилищная тематика была широко представлена на 4 Всесоюзном гидрологическом (1973), 4 географическом (1975) съездах, Международных 17 лимнологическом (1971) и 23 географическом (1976) конгрессах, проведенных в СССР.

Современный период, начиная с 1985 отличался несколько замедленными темпами строительства водохранилищ и, соответственно, их исследованием. Особенно это наблюдается с распадом СССР. Отсутствие централизованного финансирования привело к сокращению научных программ, снижению роли ведущих научных учреждений в бывших союзных республиках. Многие проблемы в области исследования водохранилищ остались не решенными. Эти проблемы остаются актуальными про сей день.

На сегодняшний день получили развитие следующие научные проблемы в области исследований водохранилищ и оценки их влияния на окружающую среду.

Достаточное развитие получила теория геодинамических явлений на водохранилищах. Имеются хорошие разработки в области теории ветровоговолнения. Методов исследований и расчетов параметров ветровых волн и их трансформации на мелководьях. По механизму и расчету денивиляции уровня и турбулентному обмену. Появились новые подходы к по исследованию течений в водохранилищах, внутреннему водообмену, динаике и генезису водных масс.

Значительные достижения в области расчета водного баланса водохранилищ, их водообмену, особенностям термического режима, теплового и ледового режима.

Значительное внимание в исследованиях отводится гидрохимии, качеству воды, санитарному состоянию водоемов. Среди актуальных вопросов являются гидрохимический режим водохранилищ и факторы, его определяющие, методика расчетов химического баланса, разбавления и самоочищения воды, газовый режим.

Особенно значимы исследования береговых процессов, разработке методов прогноза, исследования динамики береговой зоны, изучению инженерно-геологических условий побережий, формирование ложа, методика расчета седиментационного баланса, проблемы заиления ложа.

Особое место занимают вопросы исследования гидробиологического режима водохранилищ, их продуктивность, динамики, формирования биоценозов в искусственных водоемах.

Наиболее актуальными остаются вопросы по оценке влияния водохранилищ на окружающую природную среду и хозяйство прилегающих районов. В этом плане получили теоретическое обоснование вопросы изменения метеорологических элементов над водоемами, методы расчета ширины климатического влияния, оценки последствий изменения гидрогеологических условий побережий и процессов подтопления, заболачивания. Эволюции почвенного покрова и растительности, животного мира ив целом трансформации ландшафтных условий.

Кроме решения частных проблем, следует отметить комплексные исследования водохранилищ. Такие работы были начаты в Беларуси в начале 70-х годов. Однако в целом следует отметить недостаточное количество комплексных исследований в области водохранилищ, отсутствие обобщающих теоретических работ по разным научным направлениям. главной особенностью исследования водохранилищ является узкая практическая направленность исследований и недостаточное число крупных научных обобщений.

7. Гидрологии водохранилищ как самостоятельный курс гидрологического цикла, предмет, методы и задачи

Существенные отличия водохранилищ от других водных объектов суши обусловило формирование самостоятельного научного направления в гидрологии – гидрологии водохранилищ. Эти отличия проявляются в генезисе основных гидрологических процессов, их дифференциации по акватории, в формировании разных водных масс, их динамике, и др.

Гидрологический режим в большинстве случаев обусловлен хозяйственной деятельностью человека, его ролью в управлении водохранилищем как природно-антропогенной гидроэкосистемой. В связи этим объектом исследования курса гидрологии водохранилищ является гидроэкосистема искусственного водного объекта. В соответствии с разделением водных объектов по степени их устойчивости к воздействию человека, особенностям в связи с этим их эволюционного развития объект исследования можно несколько уточнить (рис.1.11). По сравнению с естественными водными объектами замедленного водообмена, речные водохранилища и пруды рассматриваются как гомолимносистемы, озерные водохранилища как металимносистемы, а карьерные водохранилища как псевдолимносистемы.

Гидрология водохранилищ, таким образом, рассматривается как научная дисциплина, как составная часть гидрологии суши, занимающаяся изучением искусственных водных объектов замедленного водообмена, их гидроэкосистем, гидрологический режим которых формируется под влиянием разнородных (природных и антропогенных) факторов. Понятие экосистема включает вопросы взаимодействия водохранилищ с окружающей природной средой, роль водохранилищ в формировании качества воды. Это требует разработки научных основ формирования водохранилищ как качественно нового водного объекта в системе водоемов замедленного водообмена, широкого использования географических методов в их исследовании. Выделение гидрологии водохранилищ в самостоятельную дисциплину было предложено Ю.М. Матарзиным на 18 Международном гидрологическом конгрессе.

Рис. 1.11. Соотношение между искусственными гидроэкосистемами с природной (лимносистемой)

Методы исследования гидрологии водохранилищ базируются на многолетних рядах наблюдений за гидрологическим режимом с использованием методов математической статистики и обработки их на ПЭВМ. Кроме проектных, или нормальных характеристик для водохранилищ характерны наблюдаемые характеристики, которые могут осредняться за конкретные однородные периоды вызванные изменениями в режиме их эксплуатации. В 50-е годы на многих крупных водохранилищах были организованы наблюдения за их гидрометеорологическим режимом на специальных гидрометеорологических станциях. В нижнем и верхнем бъефе всех водохранилищ были организованы ведомственные наблюдения. На берегах водоемов созданы створы за формированием береговой линии, что дало возможность теоретически обосновать различные методы переформирования берегов, возможность прогнозирования развития береговой линии.

Применяемые методы исследований водохранилищ постоянно совершенствуются. Интересны разработки московских гидрологов по формированию водных масс водохранилищ, их гидродинамики, формированию качества вод. Применяемые методы полевых исследований имеют особенности для верхнего и нижнего бъефов, при исследовании влияния водохранилищ на прилегающие ландшафты. Кстати, раздел гидрологи, занимющийся изучением вопросов взаимодействия водохранилищ с окружающей природной средой не имеет самостоятельного названия, который бы отражал суть проблемы. По мнению Ю.М. Матарзина – это географо-гидрологический метод. Однако на наш взгляд, это группа самостоятельных методов, которая использует гидрологические. Инженерно-геологические методы. Многие применяемые методы базируются на знаниях физики, механики, почвоведения, метеорологии и т.д. Должны развиваться и другие методы по аналогии с гидрологией озер (рис. 1.12): гидрография, гидрометрия, гидрологические расчеты, гидрологические прогнозы, учитывающие особенности искусственных водных объектов. В этом направлении в лучшем состоянии находится раздел гидрологических расчетов по переработке берегов, его прогнозная часть.

Рис. 1.12. Место гидрологии водохранилищ среди наук гидрологического цикла (по В.Г. Глушкову, Б.А. Апполову с дополнениями Матарзина, Богословского, Мацкевича, 1977)

)

Гидроэкосистема водохранилища, как объект исследования, включает и биотические особенности развития водохранилищ. В этом направлении водохранилища находятся в выгодном положении, так как гидробиология водохранилищ находится на высоком научном уровне. Это касается как водохранилищ, так и прудов. Исследование гидробиологического режима прудового фонда тесно связано с обеспечением прудового рыбного хозяйства.

Учет абиотических и биотических процессов, протекающих в водохранилищах, позволит научно обосновать общую теорию формирования и функционирования искусственных гидроэкосистем, создать теорию эволюционного развития водохранилищ. В связи с этим применительно к малым водохранилищам Беларуси следует отметить новые научные направления, сформировавшиеся к настоящему времени: собственно гидрологию водохранилищ, гидрологию озерных водохранилищ, гидрологию прудов, гидрологию карьерных водоемов, гидробиологию водохранилищ, прудов и карьерных водоемов.

Среди других направлений следует отметить гидрохимию водохранилищ, гидрофизику водохранилищ, эволюционную гидрологию, формирование которые находится на стадии становления.