106

3. Гидрологический режим водохранилищ

Гидрологический режим водохранилищ формируется под влиянием природных и антропогенных факторов и во многом зависит от режима естественных водных объектов – рек и озер, на которых они создаются. Они отличаются генезисом, назначением и характером использования. Поэтому водохранилища отличаются своеобразием гидрологического режима. Кроме того, гидрологический режим малых водохранилищ во многом определяется морфологией их ложа.

3.1. Водный баланс

3.1.1. Уравнение водного баланса и особенности его расчета

Водный баланс во многом определяет гидрологический режим водохранилищ. По своей структуре водный баланс аналогичен балансу естественных водных объектов. В отличие от озер водохранилища отличаются спецификой приходной и расходной частей, что позволяет выделять водохранилища в особую группу водоемов с замедленным водообменном. В то же время водный баланс определяется характером осуществляемого регулирования стока (суточного, сезонного и многолетнего). Уравнение водного баланса водоема в общем виде имеет вид

Пр – С = А + Н,

где П_р – сумма составляющих приходной части водного баланса; С – сумма составляющих в расходной части баланса; А – сумма аккумулятивных составляющих баланса; ΔН – невязка баланса. В развернутом виде уравнение водного баланса имеет вид:

П₀ + П_б + П_п + О + С' + Л' - (С + 3 + И + Ф + Л) = А_в + А_р + А_п + ΔН,

где П_р — приток в водохранилище по основным рекам; П_б — боковая приточность и склоновый сток в водохранилище; О — атмосферные осадки на зеркало водоема (жидкие и твердые); П_п — приток подземных вод в водохранилище через его ложе; С — приток (сбросы) в водохранилище через гидротехнические сооружения (ГЭС, плотины, судоходные шлюзы, оросительные системы и т. д.), исключая сооружения на основных и боковых притоках, сток которых учитывается составляющими П₀ и П_б; Л' — объем воды во льду и покрывающем его снеге, при зимней сработке осевшем на берега водохранилища и всплывшем весной при подъеме уровня; С — сток через сооружения основного гидроузла; 3 — забор воды из водохранилища на орошение, водоснабжение и другие хозяйственные нужды; И — потери на испарение с зеркала водохранилища; Ф — фильтрация через борта и ложе с отводом воды за пределы бассейна водохранилища; Л — объем воды во льду и покрывающем его снеге, осевшем на берега при зимней сработке водохранилища; А_в — аккумуляция, наполнение, сработка запасов воды в чаше водохранилища; А_р — аккумуляция воды в руслах и поймах устьевой части основных рек, впадающих в водохранилище ниже створов, на которых учитывался сток этих рек; А_п — подземная аккумуляция в грунтах, слагающих борта и ложе водохранилища; ΔН — невязка баланса.

Приток в водохранилище по основным рекам (П_о) определяется по данным о стоке на входных гидростворах, а при отсутствии наблюдений – по картам стока.

Боковой приток (П_б) включает поступление воды по рекам, впадающим в водохранилище по его периферии и по малым водотокам и склонам с площади, непосредственно примыкающей к водоему. Он определяется по данным имеющихся на этих водотоках гидростворов, а для неизученных участков — по модулям стока рек-аналогов.

Сток воды из водохранилищ (С) определяется по данным учета стока на ГЭС или по данным ближайшего гидроствора в нижнем бьефе.

Наличие и величина подземного притока (П_п) могут быть определены по данным гидрогеологической съемки, выполненной до строительства водохранилища или в период его эксплуатации. Фильтрация из водохранилища (Ф) определяется по данным гидрогеологических исследований и расчетов. При малых и неглубоких водохранилищах его практически нет и его определять нет необходимости.

Количество жидких осадков на зеркало водохранилища (О) определяется по данным трех ближайших метеостанций. Среднее количество осадков вычисляется, как среднее арифметическое из данных, принятых для расчета метеостанций

Объем воды, временно теряемой водохранилище по формуле

Л = (f_H + f_K) (h_н+ h_к)/2 10⁴ м³ ,

где f_H и f_K — начальная и конечная площади зеркала водохранилища, определяемые по батиграфической кривой при отметках уровня, соответствующих нижней поверхности льда, км²; h_H и h_к — начальная и конечная глубина погружения льда по данным всех водомерных постов, расположенных по периферии водохранилища; h_H и h_K определяются как среднеарифметическое из показаний всех водомерных постов на начало и конец расчетного периода.

По рассчитанным объемам воды, заключенным во льду и снеге, осевшем на берегах, строится график зависимости Л = f (H). Объем воды, заключенный во всплывшем весной льду (Л'), принимается равным объему воды во льду и снеге, осевшем на берегах в предшествующие зимние месяцы (Л).

Потери воды на испарение с водной поверхности определяются по формуле

И = 0,14 п (е₀ — е₂₀₀) (1 + 0,72 W₂₀₀),

где И — испарение, мм/мес, п — число дней в месяце е₀ — упругость водяного пара, насыщающего пространство при температуре воды, мб, е_2оо — абсолютная влажность воздуха на высоте 2 м над водной поверхностью, мб, W_2oo — скорость ветра на высоте 2 м/с над водной поверхностью, м/сек. Испарение с зарастающей части водохранилища возрастает в связи с транспирацией и в лесной зоне возрастает на 3 %.

Накопление и сработка водной массы происходит главным образом в чаше водохранилища (А_в); аккумуляция в руслах рек (А_р) и в грунтах (А_п) имеет второстепенное значение и для малых водохранилищ не имеет существенного значения. Величина А_в определяется как разность объемов воды водохранилища в начале и конце расчетного периода.

После определения всех составляющих водного баланса и невязки его (ΔН), производится увязка водного баланса. Невязка (ΔН) прибавляется (всегда с положительным знаком) к той части уравнения (приходной или расходной), которая оказалась меньше. Невязка в процентах (ΔН %) определяется как отношение абсолютного значения невязки (ΔН) к приходной или расходной части баланса.

Допустимыми считаются невязки, величина которых не превышает 1 – 2 % для годовых и 3 – 5 %. для месячных балансов.