Как изменяет сток наносов в устьях рек строительство водохранилищ

Сток наносов рек мира в океан (8) оценивался многими авторами, и крайние оценки различаются в 3 раза. Наиболее вероятная величина находится в пределах 18-22 млрд. т в год. Крупнейший специалист по речным наносам Д.Уоллинг (Англия) считает, что эта величина равна 20 млрд. т в год. Реками выносятся в океан в основном взвешенные наносы, так что доля влекомых наносов в общем твердом стоке рек составляет не более нескольких процентов.[ . ]

Годовой сток взвешенных наносов рек изменяется в широких пределах. Отдельные реки выносят в конечные водоемы исключительно большое количество взвешенных наносов.

Так, например, годовой сток взвешенных наносов Амударьи составляет в среднем 130 млн. т. Повышенным стоком взвешенных наносов отличаются реки бассейна Каспийского моря, в особенности Волга, сток наносов которой у с. Поляна Фрунзе до постройки Куйбышевского водохранилища составлял в среднем 21 млн. т. Значительно меньше взвешенных наносов выносят реки северной части Русской равнины. Годовой сток взвешенных наносов Печоры, несмотря на большую водоносность этой реки, составляет 6,5 млн. т, а Северной Двины еще меньше — 4,3 млн. т. Сравнительно малым стоком взвешенных наносов характеризуются реки бассейна Балтийского моря. Сток взвешенных наносов самой многоводной из них — Невы — составляет всего лишь 0,82 млн. т. В бассейне Черного моря наибольшее количество взвешенных наносов проносит р. Риони — 6,9 млн. т/год. Огромная водоносность Оби и Енисея является причиной относительно высокого стока наносов этих рек, хотя мутность их вод невелика. Так, Годовой сток взвешенных наносов Оби 16 млн. т, Енисея 13 млн. т.[ . ]

Что ждёт Балхаш и Прибалхашье в ближайшем будущем? «Наедине с природой»

Аккумуляция наносов — прямое следствие падения скоростей течения при переходе от речного потока к водоему с малыми, часто близкими к нулю скоростями. Весь сток русловых наносов реки, на которой создано водохранилище, и весь сток русловых наносов рек, впадающих в водохранилище, остается в чаше водохранилища.

Оседает в водохранилище и значительная часть внерусловых наносов, транспортируемых реками во взвешенном состоянии. Таким образом, с течением времени чаша водохранилища неуклонно заполняется наносами. У горной реки объем годового стока наносов может быть соизмерим с объемом водохранилища, и тогда аккумуляция наносов угрожает существованию водоема. Для подавляющего большинства водохранилищ на равнинных реках процесс отложения наносов опасности не представляет, так как объем годового стока наносов у них составляет малую долю объема водохранилища. По ориентировочному расчету, для занесения мертвого объема Рыбинского водохранилища (около 8 км3) потребуется свыше 600 лет.[ . ]

Указания по расчету стока наносов. ВСН-0173. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 28 с.[ . ]

Влияние предшествовавшего агротехнического фона на смыв почвы с многолетней залежи и многолетних трав не учитывается (Ь=1); к1 — коэффициент, учитывающий крутизну склона; при уклоне склона 1СК> 10% к1 = 0,01-1, при 1СК< 10% К] = 1.[ . ]

Какую тайну хранит река Иртыш? «Наедине с природой»

Старостина И.В. Формирование стока наносов и возможность его прогноза во время весеннего половодья (на примере рек бассейна Оки): Автореф. дис. . канд. с.-х. наук. — М.,1972. — 22 с.[ . ]

По длине реки меняются и расход наносов, и мутность, и распределение наносов по фракциям. Обычно сток наносов возрастает по длине рек, но бывают случаи, когда эта общая закономерность нарушается и сток наносов уменьшается вниз по течению (Амударья). Часть наносов таких рек откладывается постепенно в их поймах, протоках и дельтах.[ . ]

Ш в е б с Г. И. Формирование водной эрозии и стока наносов и их оценка.— Л.: Гидрометеоиздат, 1974.[ . ]

Существует мнение, что объем и скорость поверхностного стока ливневых вод зависят от длины и крутизны склона. Однако чем продолжительнее ливень, тем меньше объем стока зависит от длины и уклона. В этой связи некоторые исследователи (Беннет, 1958; Львович, 1963) вообще не усматривают зависимости между величиной ливневого стока и крутизной склона.

Вместе с тем есть данные (Санталов, 1970), свидетельствующие, что при увеличении скорости стекания ливневого стока по склону в 2 раза размывающая и несущая сила потока увеличивается в 64 раза. Здесь очень большое значение имеет агрофон. Многие авторы (Коновалов, Пыжов, 1969; Бротег е1 а1., 1973) отмечают, что склоновый сток от интенсивных дождей с распаханных массивов, особенно с большими уклонами, может быть значительно большим, чем со склонов, занятых залежью или целиной. Одновременно на распаханных склонах наблюдается повышенный сток наносов, обусловленный эрозионными процессами. Известно, что сильный ливень, особенно выпавший на незащищенную растительностью и свежевспаханную почву, может за считанные минуты унести со склонов такое количество почвенной массы, какое за счет стока снеготалых вод выносится за несколько лет.[ . ]

Здесь ДМ — изменение массы всего выделяемого объема суши; 8 — сток наносов (взвешенных и влекомых) с суши в океан; Э -сток растворенных веществ с суши в океан; V — баланс вещества, уносимого с суши и приносимого на сушу ветром; I — вынос вещества в океан покровными ледниками; А — разрушение (абразия) вещества в прибрежной зоне с выносом его в океан; О — аккумуляция продуктов вулканической деятельности на суше; У — связывание газообразного вещества атмосферы при процессах выветривания; В — биогенная аккумуляция вещества; Б — приток вещества на сушу из более глубоких горизонтов литосферы в виде растворов и газов; К — приток вещества из космоса и потери его в космическое пространство; С — сжигание минерального топлива человеком.[ . ]

На уровне речного бассейна смытые почвы представляют собой наносы, переносимые реками. Увеличение стока наносов приводит к заилению водохранилищ, каналов, оросительных систем и судоходных путей. Для условий США подсчитано, что это приносит больший экономический ущерб, чем снижение плодородия почв в результате эрозии почв.[ . ]

По-видимому, общая мировая картина антропогенного изменения стока наносов рек в Мировой океан неоднозначна. Похоже, что в некоторых регионах мира рост стока наносов вследствие увеличения антропогенной эрозии почв компенсируется аккумуляцией наносов в водохранилищах, тогда как в других регионах сток наносов продолжает увеличиваться. Надо также иметь в виду, что увеличение эрозии почв и транспорта материала внутри бассейнов рек может не полностью отражаться в росте стока наносов рек из-за значительного переот-ложения и накопления рыхлого материала в пределах бассейна. В целом, вероятно, можно говорить о некотором увеличении стока наносов рек в Мировой океан, и о необходимости дальнейших исследований.[ . ]

Деформации русловых форм на всех уровнях тесно связаны с транспортом наносов, но организационные формы для всех них различны. В русловых образованиях (микро- и мезоформы) сток наносов отражает движение донных наносов, в деформации макроформ участвует весь сток наносов; формирование пойм обусловлено отложением взвешенных наносов.[ . ]

В естественных условиях ход руслового процесса определяется соотношением между стоком, изменяющимся во времени, и поступлением наносов с водосборной площади, которое также не остается постоянным. Хотя сток наносов с водосборной площади тесно связан со стоком воды, в многолетнем разрезе характер этой связи в бытовых условиях может изменяться в связи с изменением климатических условий, характера растительности на водосборе, нарушением источников питания речного потока. Это нарушает ранее сложившееся динамическое равновесие между речным потоком и руслом, приводя к весьма медленным русловым деформациям. Эти медленные деформации речного русла, обычно происходящие в течение столетий, могут считаться необратимыми и должны учитываться в инженерной практике при разработке долгосрочных прогнозов. Ход этих изменений в сотни раз ускоряется в результате антропогенного воздействия: вырубка лесов и распашка водосборных площадей, регулирование и значительный отбор стока, строительство перегораживающих сооружений, изменения глубин и уровней, сброс загрязненных сточных вод, поверхностный сток с урбанизированных территорий. Влияние этих факторов в ряде случаев также может привести к необратимым изменениям в состоянии водотока вплоть до его полного исчезновения.[ . ]

Благодаря действиям по охране почв, переводу части пашни в залежи и строительству водохранилищ, сток наносов р. Миссисипи в устье сократился за последние 50 лет вдвое, с соответствующим сокращением дельты. По тем же причинам сток наносов р. Колорадо с 1935 г. уменьшился со 150 млн. т в год до 100 млн. т. С другой стороны, сток наносов р. Хуанхэ в Желтое море продолжает увеличиваться несмотря на новые водохранилища.[ . ]

Наблюдающиеся интенсивные размывы берегов не только ухудшают судоходные условия и способствуют увеличению стока наносов в руслах рек (одна из причин повышения отметок гребней перекатов), но и приводят к смыву жилых и производственных объектов. В качестве примеров такого рода в Обском бассейне можно привести размыв берега и снос домов на перекате Совхозный (р.

Катунь), подмыв и отступание правого берега Фоминской протоки, левого берега у пос. Белово и Ягодное, в районе г. Каргасок на р. Оби, на перекатах Альмяковский, Первомайский и Тогурский (р. Чулым), на которых расположены населенные пункты. На сегодня здесь положение уже критическое и требует проведения аварийно-спасательных работ. Этот список можно продолжить по рекам Томь, Кеть, Чарыш, Чулым, Иртыш, Тура, Тобол и т.д.[ . ]

Геоморфологические и геологические исследования подтверждают ведущую роль расширяющегося земледелия в увеличении эрозии почв и стока наносов. На юге Украины в балках, не имеющих постоянного стока воды, отмечены значительные отложения наносов, аккумулированные 100-150 лет тому назад, то есть во времена земледельческого освоения южных степей. Анализ кернов осадков в Черном море показал, что средняя скорость осадконакопления в период 7000-2000 лет тому назад составляла 90 млн. т в год. Затем скорость накопления увеличилась до 250 млн т в год, причем она была наибольшей в X-XV вв., когда происходила наиболее активная трансформация лесов в бассейне Дуная в агроэкосистемы.[ . ]

Образование и развитие меандр возможно на реках с незарегу-дированным естественным режимом, с хорошо выраженным половодьем (паводками) и повышенным стоком наносов. В этих условиях плановые деформации русла связаны с формированием поймы.[ . ]

Экспериментально условие предельного равновесия определялось в опытах после прекращения стока наносов.[ . ]

Очевидно значительную роль в преобразовании наземной части верхних горизонтов литосферы играет деятельность человека. В разделе, посвященном педосфере и земельным ресурсам, мы уже отмечали, что эрозия и сток наносов заметно увеличились вследствие усиления антропогенных факторов.

Изучение осадков в центральной части Черного моря показало, что сток наносов в море увеличился в последних 2000 лет втрое. Эта ситуация характерна для многих речных бассейнов мира со значительной антропогенной нагрузкой. Сток растворенных веществ также увеличился. Наконец, имеется новый, весьма заметный и быстро увеличивающийся, полностью антропогенный компонент баланса литосферы — сжигание минерального топлива. Таким образом оказывается, что человек играет ведущую роль в денудации и сносе твердого материала с суши, причем эта роль может быть оценена в 60% от общей величины денудации.[ . ]

Урбанизация территории, связанная с развитием промышленного производства и ростом городского населения, строительством новых городов и возникновением городских агломераций, изменяет речную сеть и водосборные площади, сток воды и сток наносов, температурный и ледовый режим водотоков, влияет на ход русловых процессов. Попытки выявить и учесть факторы урбанизации были предприняты первоначально в гидрологии (работы В. В. Куприянова [84], И. А. Шикломанова [157]). Методология прогнозирования русловых процессов на участках рек, подверженных урбанизации, разработана Б. Ф. Снищенко [140].[ . ]

Особый характер имеют разветвления в узлах слияния рек. Они формируются в условиях переменного подпора. При этом большое значение имеют соотношение сроков прохождения половодья и паводков на сливающихся реках, величина стока наносов и крупность руслообразующей их части, ледовые явления и т.д. В наиболее общей форме выделяются две разновидности разветвлений в узлах слияния рек: образующие дельты выполнения устьевого расширения русла и расположенные выше устьевого створа; образующие дельты выдвижения ниже устьевого створа в пределах общей акватории слившихся рек. Нередко возникает сочетание обеих разновидностей дельтовых разветвлений на главной реке и ее притоке.[ . ]

Весь вопрос в том, во что обойдется килограмм продукции земледелия, если посчитать все затраты. Если включать в стоимость освоения новых земель как экономические затраты, так и невосполнимые потери качества окружающей среды, такие как смыв почв и увеличение стока наносов, то стоимость урожая окажется чрезмерно высокой. Вероятно, человечество должно удовлетворять свои растущие потребности в продуктах сельского хозяйства главным образом используя земли, уже находящиеся в настоящее время в эксплуатации, так как они более устойчивы экологически, и полная стоимость продукта была бы не столь велика. По-видимому, основной стратегической линией в использовании земельных ресурсов мира для земледелия должно быть ограничение роста пахотных площадей на уровне, близком к современному.[ . ]

Приведенные сведения показывают, что масштабы переработки берегов на крупных равнинных водохранилищах значительно варьируют. Однако, как правило, в период становления берегов в составе осадочного материала, заиливающего водохранилище, продукты абразии либо преобладает над его поступлением из других источников, либо незначительно уступают по количеству твердому стоку подпруженных рек. Так, например, в течение 15 лет существования в Новосибирском водохранилище в результате переработки берегов, размыва дна и островов ежегодно аккумулировалось 7,0 млн. м3 осадков. В Иваньковском, Угличском и Рыбинском водохранилищах в течение 40 лет после их создания сток наносов составлял от 17,5 до 38,9%, а продукты размыва дна и берегов от 58,1 до 66,1% от общего количества поступившего в них материала.[ . ]

Рассмотрим русловой режим участка, ближайшего к гидроузлу. Основное направление руслового процесса здесь состоит в размыве русла. Принято различать общий размыв, который, начинаясь от гидроузла, постепенно распространяется вниз по течению (иногда на несколько десятков километров), и местный размыв, сосредоточенный непосредственно у сооружения.

Причиной общего размыва служит задержка стока наносов водохранилищем. В створе гидроузла расход наносов равен нулю, где-то ниже он принимает значение, соответствующее скоростям течения, глубинам и донным грунтам нижнего бьефа. На участке роста расхода наносов дно размывается.

Размыв увеличивает глубины русла, а также крупность частиц на поверхности дна, поскольку в процессе размыва первыми уносятся мелкие фракции. В силу этих двух обстоятельств размыв у гидроузла постепенно затухает, скорости приближаются к неразмывающим и, следовательно, створ нулевого расхода наносов смещается ниже гидроузла. Вместе с ним смещается вниз по течению и область размыва. Ниже области размыва всегда формируется зона отложений. В своем перемещении вниз она предваряет размыв, вызывая временное ухудшение состояния перекатов.[ . ]

Наибольшее увеличение эрозии почв вследствие распашки земель отмечается в районах достаточного увлажнения умеренного пояса, где она выросла более чем в 30 раз по сравнению с естественным процессом эрозии. В этих районах почти не осталось резервов пахотных земель, и потому это проблема настоящего времени, причем весьма острая. Переход наименее продуктивной пашни в залежные земли, характерный для некоторых развитых стран, приводит к снижению эрозии почв и стока наносов.[ . ]

В связи с отчетливым негативным влиянием притоков первым и важнейшим звеном в комплексе мероприятий по регулированию руслового процесса р. Москвы на городском участке ее течения является очистка притоков с целью улучшения качества их вод. Это мероприятие включает сооружение свыше 40 прудов-отстойников, через которые пропускаются, отстаиваются и очищаются воды притоков мелкой городской речной сети до отведения их в р. Москву. Сооружения выполняются в 2—3 линии, что позволяет осуществлять очистку камер, заполненных наносами. Как показали исследования, пруды-отстойники перехватывают лишь крупнофракционную часть стока наносов, малую часть ила и не свыше 50 % нефтепродуктов, что связано с их конструктивными недостатками и неправильной эксплуатацией. По мере их усовершенствования пруды-отстойники на притоках следует предусматривать в качестве необходимого элемента в комплексе мероприятий по регулированию руслового процесса водотока на урбанизированной территории.[ . ]

В широком распластанном малоустойчивом русле иногда возникают параллельно-рукавные разветвления, в которых во всей системе следующих друг за другом узлов течение реки разбивается на два самостоятельных потока, проходящих по левым и правым рукавам и разделенных отмелями даже в пределах неразветвленных «вставок» между островами. Г.П. Кумсиашвили (1987) теоретически обосновал образование устойчивых вертикальных границ раздела между водными массами в таком русле. Формирование параллельно-рукавного русла особенно проявляется ниже слияния однопорядковых рек, отличающихся величиной стока наносов и мутностью воды. В последнем случае большая часть расхода воды сосредоточена в одном основном рукаве, который изгибается между группами островов, отделенных друг от друга узкими и сравнительно маловодными протоками, последовательно располагающимися у противоположных берегов реки; при этом суммарная ширина русла (между бровками) сохраняется постоянной.[ . ]

Источник: ru-ecology.info

РЕГУЛИРОВАНИЕ СТОКА РЕК, ВЛИЯНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

В течение года сток рек неравномерен. Во время половодий и па­водков вода идет в большом количестве и используется мало. В ме­женный же период из-за малых расходов воды глубина нередко ста­новится недостаточной для судоходства, ухудшается водоснабже­ние городов и орошение полей. Для лучшего и планомерного исполь­зования водных ресурсов сток рек регулируют.

Регулирование стока — это перераспределение во вре­мени объема стока в соответствии с требованиями водопользования, а также в целях борьбы с наводнениями.

Для регулирования стока на реке строят гидроузел или плотину, выше которых создают водохранилище, где в весеннее половодье и во время паводков скапливается вода, которую используют затем по ме­ре надобности.

Водохранилище — это искусственный водоем, образован­ный водонапорным сооружением на водотоке с целью .хранения воды и регулирования стока. Водохранилища создаются путем перекрытия русла реки плотиной. Их котловинами являются участки долин рек или озера, когда плотина высоконапорных гидроузлов перегораживает реку от одного коренного берега долины до другого.

Размеры водохранилищ зависят от очертаний и рельефа долины, дальности распространения подпора и вида регулирования стока.

Если плотина располагается у истока реки, вытекающей из озера, то образуется так называемое озерное водохранилище. К таким водо­хранилищам относятся озеро Байкал после сооружения Иркутской ГЭС, Белое озеро, являющееся водохранилищем для р. Шексны, и др.

Водохранилища, образующиеся в результате затопления долины реки, называются русловыми или долинными. К их числу относятся водохранилища на Волге, Оби, Енисее, Днепре и других реках.

В некоторых случаях на водоразделах устраивают внерусловые водохранилища, в которые воду накачивают насосами (например, во­дораздельные водохранилища Волго-Донского канала).

Применяются следующие виды регулирования стока.

Годовое (сезонное) регулирование заключается в том, что воду во время половодий задерживают и используют в маловод­ные периоды года. В многоводные годы при полном наполнении водо­хранилища излишнюю часть воды сбрасывают через плотину. Годовое

.регулирование стока Имеет большинство гидроузлов. Например, Вол­гоградский, Горьковский, Камский, Новосибирский, Краснояр­ский и др.

Многолетнее регулирование состоит в том, что в многовод­ные годы вода накапливается, а в маловодные — ее расходуют. Мно­голетнее регулирование стока предусмотрено на Цимлянской, Иркут­ской и Бухтарминской ГЭС.

Недельное регулирование обусловлено неравномер­ным потреблением электроэнергии в течение недели (так, в воскрес­ные дни потребление электроэнергии наименьшее). При этом виде ре­гулирования накопленная за воскресный день вода расходуется в те­чение недели, сток воды в нижнем бьефе будет поэтому неравномерным.

Суточное регулирование связано с неравномерным потребле­нием электроэнергии в течение суток. Наибольшее потребление — днем, когда работают предприятия, а наименьшее — ночью. В период наибольшего потребления электроэнергии на гидроэлектростанции ра­ботают все турбины ив нижний бьеф поступает большое количество во­ды. При наименьшем потреблении энергии часть турбин останавлива­ют, в водохранилище в это время накапливается вода, поэтому коли­чество воды, поступающей в нижний бьеф, сокращается.

Недельное и суточное регулирование, зависящее от энергетической нагрузки, также применяется на гидроузлах, построенных для годо­вого и многолетнего регулирования стока.

Регулирование стока в целом оказывает благоприятное действие на судоходство. Оно уменьшает весенний подъем уровня и повышает меженный уровень воды в нижнем бьефе, увеличивая его глубину в особо маловодные периоды навигации. Однако регулирование стока имеет некоторые отрицательные стороны, например на водохранили­щах развивается значительное волнение; суточные попуски воды вы­зывают колебание уровня и переформирование русла в нижнем бьефе, водохранилище оказывает значительное влияние на окружающую среду и др.

За последние 25 лет число водохранилищ надземном шаре утроилось, а их объем вырос в пять раз. Площадь водного зеркала водохрани­лищ и озер во всем мире составляет около 400 тыс. км 2 .

Обводнение больших участков суши оказывает значительное влия­ние на окружающую среду, причем не всегда положительное.

До образования водохранилища, речной поток, размывая берега, выносил наносы в устья, а теперь из-за мало подвижной массы воды наносы оседают на дне водоема. Однако эрозия прибрежной почвы не уменьшается, так как волны разрушают берега.

Уменьшение стока пресной воды, задержанной в водохранилище и переданной на орошение, приводит к увеличению концентрации соли в морской воде.

По сравнению с естественными условиями весной из водохранилищ в нижний бьеф гидроузлов поступает более холодная вода, а осенью — более теплая. Хотя разница в температурах незначительная, всего 2—4° С, однако ледостав на водохранилищах начинается раньше, чем

На реке, а вскрытие — позже, что уменьшает Продолжительность навигации.

Определенное влияние оказывают на окружающий воздушный бассейн водные массы водохранилищ, которые являются как бы тепловым аккумулятором. Это приводит к более прохладному лету и к утеплен­ной осени, что замедляет рост растений. Изменение климата зависит от географической широты местности. Чем ближе к северу, тем больше воздушные массы насыщаются влагой.

Амплитуда суточных колебаний температуры воздуха сглаживается, а климат становится менее континентальным. Площадь, подверженная изменению климата, может пре­восходить площадь зеркала водохранилища. На юге влияние нового водоема на климат незначительно, оно сглаживается естественной природной обстановкой за пределами узкой прибрежной полосы.

Особенно сильное действие оказывает новое водохранилище на окружающую среду в Сибири. На осушенной части нижнего бьефа гидроузлов, распространяющейся на сотни километров вдоль реки, появляется развитая растительность и создается хорошая кормовая база и условия для размножения рыб. Но одновременно зарегули­рование стока крупных рек приводит к ликвидации весенних паводков, в результате вместо пойменных лугов и пастбищ образуется сухостой­ная степь. Чтобы противостоять последнему, организуют искусствен­ные половодья, а в отдельных протоках многорукавных русл строят сооружения, предназначенные регулировать уровень и расход воды.

Нельзя не учитывать и того, что при создании водохранилищ под водой оказывается большая площадь ценной земли.

На окружающую среду оказывают влияние в основном крупные водохранилища с площадью водного зеркала не менее 1 тыс. км 2 . Считается, что будущее принадлежит небольшим и средним водохра­нилищам, которые обеспечат растущие потребности человечества в воде и сохранят экологическое равновесие.

Источник: mydocx.ru

Водный режим водохранилищ. Их влияние на речной сток и окружающую среду

1. Водный режим водохранилищ. Их влияние на речной сток и окружающую среду.

Водохранилище —
искусственный
(рукотворный) водоем,
образованный, как правило,
в долине реки водоподпорными
сооружениями для накопления
и хранения воды в целях её
использования в народном
хозяйстве.

Водный баланс водохранилищ, так же
как и водный баланс озер, может быть
охарактеризован уравнением:
х + у пр + y c6p + z ко нд + w пр = у ст + у
вдзб + z ис п + w c т ± D u
в среднем для многолетнего периода
— уравнением:
Xоз + Yпр = Yст + Zоз.

Характерная черта структуры водного
баланса водохранилищ – преобладание
притока речных вод в приходной и
преобладание стока вод в расходной части
уравнения водного баланса. На долю
осадков в большинстве случаев приходится
лишь 2-3% прихода вод, на долю
испарения – обычно не более 10% расхода
вод. Основная причина этого – весьма
большие значения величины удельного
водосбора для большинства
водохранилищ.

Для водохранилищ, расположенных в
условиях избыточного и достаточного
увлажнения, ниже водохранилища
происходит некоторое увеличение речного
стока. Наоборот, в условиях недостаточного
увлажнения происходит уменьшение речного
стока, при этом в водохранилищах теряется
часть стока, тем больше, чем больше
величина zвдхр- xвдхр и площадь
водохранилища.

Интенсивность водообмена для водохранилищ
обычно больше чем для озер. Поскольку роль
местных осадков и испарения в водном балансе
большинства водохранилищ невелика,
значения коэффициента условного водообмена
для водохранилищ, обычно значительно
больше, чем для озер, что объясняется
меньшими объемами искусственных водоемов.
Колебания уровня воды в водохранилищах в
основном являются следствием искусственно
регулируемого процесса наполнения и
сработки водохранилища и могут быть
оценены с помощью полного уравнения
водного баланса водоема.

В период наполнения, обычно во время половодья и
паводка на реке, уровень воды в водохранилище
может подняться на значительную величину (иногда
от уровня мертвого объема до нормального
подпорного уровня). На такую же величину уровень
снижается в период сработки водохранилища. В
равнинных водохранилищах величина сезонных
колебаний уровня составляет обычно 5-7 м, на
горных 50-80 м, т. е. она значительно больше, чем на
озерах. Велика на водохранилищах и интенсивность
сезонных повышений и понижений уровня воды.
Существенно меньшие по величине колебания
уровня сопутствуют недельному и суточному
режиму наполнения и сработки водохранилищ.
Наибольшие колебания уровня свойственны нижней
зоне водохранилища, в зоне переменного подпора
изменения уровня сходны с речными.

Течения в водохранилищах имеют много общего с
течениями в озерах, но отличаются более сложной
пространственной структурой и нестационарным
характером. Наиболее сильные течения наблюдаются
иногда в затопленных речных руслах, в заливах
встречаются застойные зоны. В водохранилищах с
большой площадью поверхности, как и в озерах,
наблюдаются сильные ветровые течения, во многих
водохранилищах – плотностные течения.
Волнение на водохранилищах зависит от их размера.
Обычно оно слабее, чем на озерах, но сильнее, чем на
реках. На больших водохранилищах высоты волн
достигают 2–3 м. Важнейшие последствия ветрового
волнения на водохранилищах – вертикальное
перемешивание вод, особенно на мелководьях,
абразия берегов, ухудшение условий
жизнедеятельности макрофитов.

9. Влияние водохранилищ на окружающую среду

Так же как и озера, водохранилища замедляют
водообмен в гидрографической сети речных
бассейнов. Сооружение водохранилищ привело к
увеличению объема вод суши приблизительно на 6,6
тыс. км3 и замедлению водообмена приблизительно
в 4-5 раз. Так, если в естественном состоянии период
условного водообмена в реках земного шара
составлял в среднем около 19 сут, то в результате
сооружения водохранилищ он увеличился, по
расчетам Г. П. Калинина и Ю. М. Матарзина, к 1960 г.
– до 40 сут, к 1970 г. – до 64 сут, к 1980 г. – до 99 сут (в
5,2 раза). Наиболее сильно замедлился водообмен в
речных системах Азии (в 14 раз) и Европы (в 7 раз).

Сооружение водохранилищ всегда ведет к
уменьшению как стока воды вследствие
дополнительных потерь на испарение с
поверхности водоема, так и стока наносов,
биогенных и органических веществ
вследствие их накопления в водоеме. В
результате сооружения водохранилища
возрастает поверхность, покрытая водой;
поскольку испарение с водной поверхности
всегда больше, чем с поверхности суши,
потери на испарение также возрастают.

В условиях избыточного увлажнения испарение с
водной поверхности ненамного превышает испарение
с поверхности суши. Поэтому при избыточном
увлажнении сооружение водохранилищ практически
не сказывается на уменьшении стока рек.
В то же время водохранилища служат мощными
поглотителями биогенных и загрязняющих веществ
благодаря процессам деструкции, осаждения и
биоседиментации. Однако, по мнению К. К.
Эдельштейна (1998), это положительное воздействие
водохранилищ качество воды может быть
реализовано лишь при правильном режиме
эксплуатации водохранилища, при условии
ограничения антропогенной нагрузки на качество
воды и принятии природоохранных мер на водосборе
водоема. В некоторых случаях потребуется и реконструкция самого водохранилища.

Уменьшение стока наносов рек вследствие их отложения в
водохранилищах может вызвать нарушение баланса наносов в
устьях рек и стимулировать частичное волновое разрушение
морского края дельты, как это уже произошло в устье Нила
после возведении Высотной Асуанской плотины и создания
водохранилища.
Наиболее сильное воздействие водохранилища на речной сток
и природные условия долины реки ниже водохранилища
связано регулирующим эффектом водохранилищ. По оценкам
М. И. Львовича, сооружение водохранилищ привело к
увеличению на 27% устойчивого меженного речного стока на
земном шаре. Ниже водохранилищ полностью преображается
водный режим рек, изменяются характер заливания поймы,
русловые процессы, режим устьев рек и т. д. В зоне
недостаточного увлажнения воздействие водохранилищ
приводит к осыханию речных пойм и дельт, что может нанести
серьезный ущерб хозяйству. Осушение пойм в зоне
избыточного увлажнения – явление положительное,
способствующее их хозяйственному освоению, а повышенный
сток ниже водохранилищ в летнюю межень – мелиорации пойм
и обеспечению на них устойчивого земледелия с весны до
осени.

Таким образом, водохранилища оказывают довольно сложное и
неоднозначное воздействие и на режим рек, и на природные
условия сопредельных территорий. Давая несомненный
положительный экономический эффект, они нередко вызывают и
весьма негативные экологические последствия. Все это требует,
чтобы при проектировании водохранилищ более внимательно
учитывался весь комплекс гидрологических, физикогеографических, социально- экономических и экологических
аспектов. Возникает необходимость и в экологическом прогнозе,
который невозможен без помощи гидрологии.
Важное значение при этом имеют мероприятия, осуществляемые
в процессе создания и эксплуатации водохранилища с целью
предотвращения нежелательных последствий и максимального
использования положительного эффекта от создания
водохранилищ. К таким мероприятиям относятся: инженерная
защита от затопления территорий и объектов (населенных
пунктов, сельскохозяйственных угодий, предприятий, мостов и т.
д.); переселение жителей, перенос предприятий, дорог ; очистка
ложа водохранилища от леса и кустарников, создание
водоохранных зон; восстановление лесных, рыбных, охотничьих и
других ресурсов; транспортное, рыбохозяйственное,
рекреационное и другое освоение водоема; инженерно
обустройство акватории и береговой зоны водохранилища.

Источник: en.ppt-online.org

Уменьшение стока наносов

Уменьшение (вследствие облесения водосбора или «перехвата» их водохранилищем) приводит, как и увеличение водности реки или неравномерности ее стока, к преимущественному врезанию русла в среднем течении с максимумом в точке наибольшего прогиба кривой продольного профиля, постепенно ослабевая как вверх к истоку, так и вниз. В последнем случае снижение интенсивности врезания объясняется тем, что в нижнем течении реки значительные затраты энергии потока идут на транспорт наносов, поступивших сюда с вышележащих участков реки, где глубинная эрозия развивается более активно.

Ниже водохранилищ из-за перехвата ими стока наносов возникают условия WTр » W; врезание русла распространяется по длине реки трансгрессивно и затухает по мере его восстановления. При этом продольный профиль приобретает слабовыпуклую форму, так как уклон вниз по течению увеличивается по мере роста затрат энергии потока на транспорт наносов по мере восстановления их стока.

Врезание рек в условиях восходящего развития рельефа

Врезание характерно для горных регионов, где величина поднятия территории такова, что тектонический фактор является главным в преобразовании продольных профилей рек. Реки, берущие начало в горах, попадают в предгорья и на равнины, где скорость поднятия территории на порядок величины меньше или сменяется опусканием. Поэтому в горах на всем протяжении реки врезаются; в предгорьях и на равнинах наблюдается сложное чередование участков с сохраняющейся тенденцией к врезанию и участков аккумуляции наносов, связанные с изменениями по длине реки транспортирующей способности потока, обусловленными физико-географическими факторами, пересечением реками различных в отношении знака тектонических движений структур и т.д.

На реках, полностью протекающих в равнинных условиях, общее поднятие территории создает фон, на котором происходят вертикальные деформации, вызванные изменением климатических условий. Благодаря тектоническому воздыманию материков в долинах рек возникает лестница террас, хотя на протяжении их геологической истории неоднократно имели место смены врезания рек систематической аккумуляцией наносов, накапливались мощные толщи аллювия. В последующий этап увеличения водности реки, неравномерности ее стока или снижения стока наносов врезание происходит при возросшем превышении истока реки над базисом эрозии благодаря поднятию, что усиливает эффект врезания. Это же обстоятельство в фазу аккумуляции, обусловленной климатическими причинами, ограничивает ее проявление. Вследствие этого заполнение речных долин аллювием не происходит.

В горных регионах врезание рек, берущих начало на склонах хребтов, соответствующих оси поднятия и пересекающих горную область поперек поднятия в направлении снижения его градиентов, происходит вследствие постепенного, но достаточно интенсивного возрастания уклонов земной поверхности на сводах поднятия. В верховьях река имеет большой уклон, относительное его приращение невелико и не может существенно сказаться на увеличении транспортирующей способности потока. Кроме того, незначительная водность реки в верховьях обусловливает здесь меньшую интенсивность глубинной эрозии. Врезание реки лимитируется также положением базиса эрозии, сменой знака тектонических движений в предгорьях либо выходом реки на субгоризонтальную равнинную территорию. Таким образом, в истоке на границе горы-равнины или в устье у каждой реки существуют «геометрические» условия, ограничивающие ее врезание, равно как и развитие этого процесса при увеличении водности.

Взаимодействие указанных факторов приводит к тому, что максимум интенсивности врезания при поднятии территории и, соответственно, углубление долины имеют место в среднем течении реки, где относительное приращение уклонов значительно, водность достаточна для сравнительно быстрого проявления эрозии, а «геометрические» условия, создающиеся отметками истока и базиса эрозии, позволяют реке врезаться и формировать наиболее глубокие речные долины. Рост уклонов при превышении скорости поднятия территории над врезанием рек приводит к увеличению мощности потока (при неизменной водоносности реки) и постепенной интенсификации врезания. Эти условия иллюстрирует рис. 5.9, на котором показаны профили некоторых террас р. Кодор (Западный Кавказ), образовавшихся в ходе врезания реки при поднятии горной страны, и ее современного русла.

Рис. 5.9. Изменения продольного профиля реки по мере ее врезания при восходящем развитии рельефа (р. Кодор, Западный Кавказ).

АА — современное русло; IV, VII — четвертая и седьмая террасы

Следствием интенсивного врезания консеквентных горных рек является наличие висячих устьев их притоков или увеличение уклонов последних перед впадением в главную реку. Последнее связано с тем, что большинство притоков ориентировано параллельно оси поднятия и, следовательно, воздымание горной страны непосредственного воздействия на русловые процессы не оказывает. Трансформация их продольных профилей происходит лишь благодаря регрессивной эрозии, распространяющейся по притоку, начиная от русла главной реки. Запаздыванию врезания притоков способствует меньшая водность, соответственно, меньшая мощность потоков и их эрозионная способность

В естественных условиях даже отдельные участки главной реки отклоняются иногда на тот или иной угол от нормали к оси поднятия, а притоки (и притоки притоков) ориентированы под различными углами, вплоть до встречного. Поэтому приращение уклона притока Д/пр = tg jc вследствие поднятия территории зависит от величины угла а между ним и направлением главной реки АА (рис. 5.10):

где Д/гл — приращение уклона главной реки. Приращение уклона равно нулю у линий, параллельных оси поднятия (а = 90°), и отрицательно при а > 90°.

Рис. 5.10. Влияние ориентировки рек на развитие продольного профиля при неравномерном поднятии территории (к выводу уравнения 5.15):

• 00 — ось вращения; АА и АА, — положение русла главной реки, текущей по нормали к оси поднятия в начальный и некоторый момент времени; АВ и АВ — положение русла, относящееся к притоку, направление которого составляет угол а с главной рекой АА;
• (3 и х — углы между положениями русла главной реки и притока в начальный и некоторый момент времени.

Стрелкой показано направление поднятия

Колебания базиса эрозии определяют направленность вертикальных деформаций в нижнем, а иногда и в среднем течении рек, куда они распространяются регрессивно. При опускании базиса эрозии уклон поверхности, появляющейся над уровнем моря, может быть больше или меньше, чем уклон реки в ее нижнем течении. Поэтому разные реки неодинаково реагируют на понижение базиса эрозии.

Если шельф имеет уклон, превосходящий средний уклон реки в ее нижнем течении, происходит врезание рек, распространяющееся от устья регрессивно. Скорость продвижения фронта регрессивной эрозии и глубина врезания постепенно убывают вверх по реке (рис. 5.11), и врезание затухает там, где исходный уклон продольного профиля настолько значителен, что прибавление его величины, вызванное «волной» регрессивной эрозии, не сказывается на транспортирующей способности потока.

Рис. 5.11. Врезание реки и трансформация продольного профиля в нижнем течении при опускании базиса эрозии в условиях крутого шельфа (по Н.И. Маккавееву и Н.В. Хмелевой):

1 — уровни воды (а) и дна русла (б); 2— уровни воды (а) и дна русла (б) вследствие врезания; 3 — направление опускания базиса эрозии

Врезание больших рек может происходить и в случае, если уклон обнажающегося шельфа будет несколько меньше уклона реки в нижнем течении, так как для них удлинение реки при этом незначительно по сравнению с размерами самой реки в низовьях. Так, Волга, несмотря на отмелость взморья, слабо врезалась (на 25 см за 1929—1955 гг.) при понижении уровня Каспийского моря (на 2,2 м за тот же период).

На глубину и скорость врезания оказывает влияние формирующаяся дельта. Ее образование замедляет врезание и уменьшает величину врезания.

К врезанию рек приводят абразия берегов на участках расположения устьев и отсутствие у них дельт. Размыв берега в устье реки приводит к укорачению длины русла, увеличению уклона (рис. 5.12), уменьшению потерь энергии потока и росту транспортирующей способности потока. Это может происходить, несмотря на тектоническое опускание территории, где находится участок.

Рис. 5.12. Врезание реки в низовье при расположении устья на абразионном берегу:

1 — уровень моря; 2 — абразионный срез побережья;

ОА и ОА| — положение профиля до и после абразии соответственно

К такому же эффекту приводит спрямление русла в устье реки. Так, прорезь в устье р. Терека через основание Аграханского полуоострова сократила длину устьевого участка на 25 км, что вызвало волну регрессивной эрозии, которая распространилась регрессивно на 25. 30 км. Этот процесс был остановлен выдвижением новой дельты в устье прорези и начавшимся подъемом уровня Каспийского моря.

Источник: studref.com