Причины создания водохранилищ

История создания водохранилищ

Многие древние цивилизации развивались в аридных областях, где орошение земель было жизненной необходимостью и служило важным фактором создания и развития первых государств. Создание водохранилищ относилось обычно к крупнейшим строительным мероприятиям того времени.

Первые водохранилища были созданы примерно 3000 лет до н.э. в Древнем Египте при фараоне Южного царства Менес для отвода реки Нил от площадки, где в то время строилась столица г. Мемфис. Около 2300 г. до н.э. было создано «знаменитое и загадочное» водохранилище Мёрис (юго-западнее современного Каира), которое Геродот считал одним из чудес света.

Лишь немного позже, чем в Египте, началось создание водохранилищ на Ближнем Востоке. Около 2500 лет до н.э. на р. Тигр была построена плотина Нимруд высотой 12 м.

Плотина Карнальбо была построена на р. Альбаррегас в Испании во II в. до н.э., а образовавшееся в результате водохранилище, объемом в 10 млн. м3, существует до сих пор.

О масштабах гидротехнического строительства можно судить на примере Персии, где в VI до н.э. для ирригационных целей было создано 9 плотин р. Джарахи, плотина Каммерд на р. Кор вблизи древнего города Персеполя и др.

Водохранилища продолжали создаваться и в первые века нашей эры, преимущественно в таких центрах цивилизации как Месопотамия, Персия, Римская империя и др. В Китае с древнейших времен строились плотины, дамбы, водоемы, каналы для орошения, внутреннего судоходства и борьбы с наводнениями. (Авакян, Воропаев, 1986)

В доколумбовой Америке (XV-XVI вв) значительные гидротехнические сооружения строились ацтеками, майя, инками. Так, ацтеки построили дамбу длиной 16 км, которая разделила озеро Тескоко и образовало водохранилище Мехико. Испанские конкистадоры разрушили большинство древних гидротехнических сооружений. Подобные сооружения, создававшиеся испанцами, по сложности и размерам уступали прежним. Но и в этот период были построены некоторые большие водохранилища – Жужурия объемом 220 млн. м3 и площадью 96 км2 (используется до сих пор) в Чалвири.

В средние века (конец V в. – середина XVII в. н. э.) по мере развития материального производства, роста численности населения и соответственно потребности в сельскохозяйственной и промышленной продукции темпы водохозяйственного строительства, в том числе создания водохранилищ, постепенно возрастали.

Много водохранилищ создавалось в средиземноморских странах, Персии, в Южной и Восточной Азии. До сих пор эксплуатируется водохранилище Бенде-Эмир в районе г. Шираз. Сохранилось также водохранилище Кераб в Центральном Иране. (Авакян, Воропаев, 1986)

В Японии за период 522 – 1603 гг. н.э. построено примерно 30 водохранилищ с плотинами выше 15 м, а с 1603 по 1867 г. – 540. На Цейлоне в средние века построены известные и ныне плотины Паракрама (1186 г.) и Падавиль высотой до 21 м и длиной 18 км. В Индии в XI веке в Мадхья-Прадеж построена плотина Бхой Пур, в Майсуре у г. Мандья – плотина Моти Талав (ныне эксплуатируется).

На территории стран Европы создание водохранилищ осуществлялось в разные периоды истории. В средние века это было связано с развитием ремесел и рыбоводством. В Чешской и Словацкой республиках до настоящего времени эксплуатируются водохранилища, созданные в XIV – XVI веках: Дворжиште – 1367 год, Харузицкий – 1512 год, Рожмберг – 1590 год. Здесь в XVI веке общая площадь водохранилищ и прудов составляла 1800 км2. В Польше водохранилища стали сооружаться также с XVI века; до настоящего времени эксплуатируются 10 водохранилищ, созданных еще в XIV – XVIII веках. На территории Германии первые водохранилища появились в Рудных горах в районе Фрейбурга (Гроссхарменсдорф – 1524 год, Оберер Харт – 1591 год) и в Гарце (Тойфельстайх – 1696 год). (Дубровин, Матарзин, 1959)

Много водохранилищ было построено в эпоху промышленной революции и развития капитализма, т. е. в XVIII – XIX вв. Большую роль в этом сыграла возросшая потребность в механической энергии для прядильно-ткацких, металлообрабатывающих, лесопильных, горнорудных предприятий. Такие водохранилища в большом количестве появились в Западной Европе, Австро-Венгрии, России (Карелия, Центральный район, Урал).

В целях развития водного транспорта, которое требовало регулирования стока для увеличения меженных расходов и питания водой многочисленных каналов, водохранилища создавались в Англии, Германии, России.

Следующий этап создания водохранилищ начался на рубеже XIX и XX вв. в связи с развитием электроэнергетики. Наибольшего размаха строительство ГЭС достигло в Швейцарии, Австрии, Франции, Германии, Италии, Швеции, Норвегии, США, Японии. Все больше водохранилищ создавалось для ирригации, борьбы с наводнениями (особенно в США, Индии, некоторых европейских странах). До конца XIX и в начале XX века создавались преимущественно набольшие водохранилища.

Несмотря на тысячелетнюю историю строительства, водохранилища с полным основанием можно назвать порождением нашего века. Полный объем всех водохранилищ планеты, существовавших к концу XIX в., составлял всего 15 км 3. Теперь же только одно Братское водохранилище на р. Ангаре имеет объем 169 км3, что в 11 с лишним раз превышает объем всех водохранилищ планеты, существовавших на рубеже двух веков. (Авакян, Воропаев, 1986)

Современный этап создания водохранилищ начался после II мировой войны. Регулирование стока стало проводиться в основном для решения комплексных задач: развития гидроэнергетики, водообеспечения городских агломераций, промышленных районов, крупных ирригационных систем, а также в целях создания условий для отдыха и улучшения экологического состояния крупных природных объектов и районов. В этот период водные объекты создавались и создаются практически во всех странах мира.

По данным А. Б. Авакяна (Авакян,1987) массовый и повсеместный характер создание водохранилищ приобрело за последние 50 лет, когда их число на земном шаре возросло в 4 раза, а суммарный объем увеличился в 10 раз, в том числе в странах Латинской Америки – в 35 раз, Африки – в 60 раз, Азии – в 90 раз. За это период были построены все самые крупные водохранилища нашей планеты.

Водохранилища и их отличия от других типов водоемов

Из всего многообразия преобразующей деятельности человека как по своим масштабам, так и по значению в глобальных экологических системах планеты особо выделяются два процесса: освоение новых территорий для сельскохозяйственного производства, промышленного и гражданского строительства и преобразование речного звена гидросферы на огромных пространства суши путем гидротехнического строительства.

Гидротехническое строительство осуществляется на всех континентах планеты. Водохранилища – ключевые, базовые элементы гидротехнических и водохозяйственных систем любого ранга, поскольку именно они позволяют осуществить регулирование водных ресурсов, преобразование гидросферы в желаемом для общества направлении. Водохранилищами, по мнению авторов (Авакян, Савушкин, Шарапов), следует считать искусственно созданные долинные, котловинные и естественные озерные водоемы с замедленным водообменом, полным объемом более 1 млн. м3, уровенный режим которых постоянно регулируется и контролируется гидротехническими сооружениями в целях накопления и последующего и использования запасов вод для удовлетворения хозяйственных и социальных потребностей. (Вендров, 1970)

Водохранилища – управляемые объекты. Основные их параметры (объём, площадь, место расположения, режим регулирования) и многие другие характеристики определяются человеком на стадии проекта; в составе гидроузлов есть специальные технические системы, сооружения и устройства (гидротурбины, водосборные отверстия с затворами), позволяющие изменять объем и уровень воды в водохранилище.

Водохранилища следует рассматривать как природно-технические системы. Учет взаимодействия их природной и технической подсистем может существенно увеличить возможности рационального и комплексного использования водохранилищ, а игнорирование – привести к значительным потерям. Управляя технической подсистемой водохранилища, человек может вызвать развитие таких процессов и явлений в природной подсистеме, которые он не в состоянии предотвратить или их преодоление требует больших затрат материальных и трудовых ресурсов. Непосредственно и полностью человек управляет только запасами воды, а экосистемой и геосистемой водохранилища – частично и косвенно.

Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды - сработкой водохранилища. Как наполнение водохранилища, так и его сработка производятся всегда до более или менее определенных уровней. Различают несколько характерных уровней, главный из них - нормальный подпорный уровень (НПУ) и уровень мертвого объема (УМО). (НПУ) - наивысший проектный уровень верхнего бьефа, выше которого подъем уровня в водохранилище, не допускается. (УМО) - минимальный уровень водохранилища при сработке его полезного объема, допустимый в условиях нормальной эксплуатации водохранилищ. Также выделяют форсированный подпорный уровень (ФПУ). Он выше (НПУ) и допустим при пропуске стоков половодий и паводков редкой повторяемости. (Богатырев, 1958)

При создании водохранилищ происходят многообразные изменения природных и хозяйственных условий на территориях прилегающих к новому водоему и на удаленных от него вниз по течению. Масштабы, глубина и направленность изменений определяются размерами нового водоема и своеобразием природных условий района, в котором он находится.

Водохранилищам присуща особая система внутриводоемных процессов. Свойственные им гирологические, гидрофизико-химические гидробиологические процессы не идентичны тем, которые наблюдаются в озёрах, реках и каналах. Ведущими факторами, определяющими специфику взаимосвязанных и взаимообусловленных внутриводоёмных процессов в водохранилищах, служат водообмен и уровенный режим водоема.

Все эти факторы и отличают условия развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от тех, которые характерны для рек и озер. Это проявляется в том, что в водохранилищах создаются зоны направленного движения воды к плотине, и образуются зоны водоворотных циркуляций.

Процессы трансформации вещества и энергии в водохранилищах имеют другие масштабы, направленность, длительность и интенсивность, чем в озерах и реках. Это выражается в показателях качества воды, в структуре и продуктивности водных экосистем. Водохранилища можно рассматривать как своеобразные огромные преобразователи и аккумуляторы вещества и энергии, но они не автономны, как, например, озера. Рекам, наоборот, свойственен поточный механизм преобразования вещества и энергии.

Этот накопительный эффект водохранилищ имеет как положительное (осветление воды, снижение её цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательное значение (уменьшение самоочищающей способности воды, образование застойных зон, большее, чем в реках, прогревание воды, и как следствие – эвтрофирование новых водоемов).

Главная цель создания водохранилищ – регулирование стока. Оно делается в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.