РАЗНОТИПНЫЕ КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ В ВОДОХРАНИЛИЩАХ

Природные факторы периодичности и размаха колебаний уровня в водохранилищах, остаются теми же самыми, что и для озёр. Но одновременно с ними определяющую роль играет диспетчерское управление стоком воды из водохранилища, которое осуществляют на гидроузле в соответствии с гидротехническим проектом. И, если в сточных озёрах сток из озера - это остаточная составляющая водного баланса (не испарившаяся вода стекает, чтобы уравнять приходную и расходную части баланса), то в водохранилищах сток- управлясмый компонент водного баланса. Управляя стоком, регулируют запас, следовательно, и уровень воды в водохранилище. Это принципиально иная роль сброса воды из природно-техногенного водоёма в структуре его внешнего водообмена делает уровенный режим водохранилища сильно отличающимся от сглаженного (по

С. 87-97.

сравнению с рекой) режима колебаний уровня в озёрах.

Характернейшая особенность уровенного режима водохранилищ по сравнению с озёрами состоит в том, что размах внутригодовых колебаний уровня существенно больше, чем многолетние изменения среднего годового уровня воды. Это - главное следствие техногенного регулирования гидроузлом внешнего водообмена водохранилищ и структуры их водного баланса.

Характерный размах АН внутригодовых колебаний уровня в водохранилищах разнообразен и зависит от их водохозяйственного назначения:

  • АН <0,5 м - в водохранилищах в составе судоходных каналов в период навигации и во внутрикаскадных водохранилищах суточного и недельного регулирования (Саратовское, Днепродзержинское и др.). Лишь в годы с ожидаемым особенно многоводным половодьем в них производится кратковременная предполоводная сработка до 1 м;
  • • АН- 2-8 м - в равнинных водохранилищах комплексного назначения для сезонного и многолетнего регулирования стока (Куйбышевское, Можайское, Рыбинское, Цимлянское);
  • АН — 10-30 м - в предгорных районах в водохранилищах того же назначения с крупными ГЭС в составе гидроузла с высокими плотинами (Братское, Бурейское, Зейское, Колымское, Красноярское, Курейское, Мингечаурское, Санься на р. Янцзы);
  • АН = 40-100 м - в высокогорных гидроэнергетических водохранилищах с ещё более высокими бетонными плотинами (Саяно- Шушенское, Чирксйское, Нурскское, Токтогульскос), а в нескольких альпийских водохранилищах АН >100 м.

Оптимальный размах колебания уровня, равный разности высотных отметок НПУ и УПС рассчитывается в проекте водохранилища в зависимости от требующегося полезного объёма и формы кривой объёмов W(H) будущего водоёма. Для водохранилищ крупных ГЭС оптимален размах внутригодовых колебаний уровня, равный примерно 1/3 величины напора на плотину при НПУ. При большей сработке полезного объёма снижение напора существенно сокращает мощность ГЭС и выработку электроэнергии.

В озерно-котловинных водохранилищах высота полезной емкости обычно равна подпору, т. е. подъему уровня воды в озере возведенным гидроузлом. Среди 18 наиболее крупных в Карелии озёрных водохранилищ 12 из них имеют размах АН <2-5 м, остальные ->5-8 м, а Иовское водохранилище имеет подпор до 18 м. Размах колебания уровня в них увеличился из-за повышения уровня в удлинившиеся фазы весеннего наполнения и зимнего снижения уровня зимой.

От сочетания режима притока воды в водохранилище и её расходования зависит число водохозяйственных тактов в гидрологическом режиме водохранилища. Этим термином обозначают завершенный цикл наполнения и последующей сработки всего полезного объёма. Для водохранилищ России характерен однотактный режим работы с опорожнением полезного объёма один раз в течение водохозяйственного года, который начинается весной и заканчивается предвесенней подготовкой полезного объёма к аккумуляции очередного половодья. Многотактный режим эксплуатации преимущественно небольших ирригационных водохранилищ приточно-дождевого типа возможен в тропических и экваториальных природных зонах.

Каждый такт состоит из нескольких фаз водного режима. Они представляют собой отрезки времени продолжительностью не менее нескольких суток, в которые происходит либо систематическое повышение уровня (фаза наполнения), либо его понижение (фаза сработки), либо уровень воды поддерживается на какой-либо высотной отметке некоторое время. Это - фаза с уравновешенными приходными и расходными частями водного баланса, когда, как говорят гидротехники, гидроузел работает на транзитном расходе воды (для краткости она именуется ниже фазой равновесия). Нередко различают фазы быстрого и медленного изменения уровня, тогда тип режима колебаний уровня воды определяется последовательностью чередования не двух-трёх, а четырех-пяти разновидностей фаз в пределах водохозяйственного такта, что усложняет гидрологический режим водохранилища.

В основу типизации колебаний уровня положено деление водного режима водохранилища на типы по числу фаз в годовом цикле, различая подтипы - по характеру чередования фаз. По многолетним наблюдениям на водомерных постах в приплотинных районах водохранилищ разного размера и назначения выделены пять основных типов уровенного режима:

I - однофазный тип - фаза равновесия длится весь год с небольшими и нерегулярными колебаниями среднесуточного уровня около НПУ. Он характерен для «городских» водохранилищ, не имеющих полезного объема (Карамышевское и Перервинское на р. Москве, Воронежское) и водохранилищ суточного регулирования стока в составе гидроэнергетических каскадов (Нижнетуломское, Чебоксарское, Нижнекамское, Саратовское);

II - двухфазный тин с фазами наполнения и сработки (рис.4.6);

Основные типы внутригодового колебания уровня воды в водохранилищах

Рис. 4.6. Основные типы внутригодового колебания уровня воды в водохранилищах:

II - двухфазный;

III - трехфазный;

IV - четырехфазный: весной (в), летом (л), осенью (О) и зимой (3) водохозяйства того года.

Этот тип режима (подтип Ilai) нередок на небольших водохранилищах глубокого сезонного и многолетнего регулирования речного стока в годы с летне-осенней меженью, не прерываемой большими паводками (водохранилища Москворецкой водной системы, Отказненское в Предкавказье, на озерных водохранилищах Карелии, и на крупных - Рыбинском, Куйбышевском, Цимлянском). В сибирских водохранилищах такого же регулирования стока (Братское, Вилюйское, Красноярское) более растянута фаза наполнения летом (подтип На2). В огличие от них, опорожнение до УПС преимущественно ирригационного Краснодарского водохранилища происходит летом, а затем следует длительная фаза его наполнения (подтип Нб).

III - трехфазный тип режима, представлен четырьмя подтипами:

II 1а - фаза наполнения сменяется фазой медленной сработки в навигационный период, вслед за которой наступает фаза интенсивной зимней сработки. Этот подтип уровенного режима - переходный от двухфазного режима к более распространенному подтипу Шб, характерен для многих крупных водохранилищ комплексного назначения (Иваньковское, Угличское, Рыбинское, а также для Боткинского в годы форсирования НПУ в многоводное половодье);

II16 - фаза наполнения сменяется фазой равновесия при НПУ. Она длится весь навигационный период, иногда включает и первые месяцы зимы, после чего наступает фаза интенсивной предвесенней сработки. Такой режим типичен для многих крупных водохранилищ сезонного регулирования в составе гидроэнергетических каскадов с развитым водным транспортом (Шекснинское, Горьковское, Камское, Боткинское, Новосибирское, в некоторые годы Иваньковское, Рыбинское);

Шв фаза наполнения сменяется фазой сработки, но она заканчивается раньше, чем наступает половодье следующего года, и поэтому в предвесенний период имеется фаза равновесия вблизи УПС. Этот сравнительно редко повторяющийся подтип режима наблюдался на Верхневолжском, в отдельные годы - на Иваньковском и Куйбышевском водохранилищах;

Шг - фаза интенсивного наполнения сменяется фазой медленного наполнения, после которой начинается фаза сработки. Такой режим наблюдается на водохранилищах многолетнего и сезонного регулирования в годы с малым объёмом половодья - Можайском, Истринском, Отказненском, а также на Сандальском, Ондском и Кумском) озерных водохранилищах в Карелии;

IV - четырехфазный тип режима уровня также представлен четырьмя подтипами:

IVa - фаза интенсивного наполнения сменяется фазой частичной сработки полезного объёма. После неё наблюдается вторая фаза наполнения (иногда до НПУ), сменяющаяся затем фазой зимней сработки. Такой режим уровня типичен для водохранилищ многолетнего и глубокого сезонного регулирования стока в годы с высоким летним или осенним паводковым притоком. Он бывает на Рыбинском водохранилище и водохранилищах Москворецкой водной системы, на Выгозерском и других озёрных водохранилищах Карелии и в Куйбышевском в годы с большим сбросом воды в середине половодья с целью рыбохозяйственного попуска в дельту Волги;

IV6 - фазы наполнения и сработки чередуются с фазами равновесия при НПУ и УПС. Такой режим уровня обычен на небольших водохранилищах в составе судоходных водных путей (водохранилища канала имени Москвы, Береславское, Карповское и Варваровское на Волго-Донском канале и др.) для подготовки шлюзов к началу навигации;

IVb - фаза интенсивного наполнения сменяется фазой медленного наполнения, которая осенью переходит в фазу постепенной сработки, резко ускоряющейся в предвесеннюю фазу опорожнения полезного объёма. Этот подтип колебания уровня наблюдается в годы с маловодным половодьем на водохранилищах глубокого сезонного регулирования сгока;

IVr - за фазой интенсивного весеннего наполнения следует фаза сработки, которая в осенний период повышенного притока воды в водохранилища прерывается фазой равновесия при уровне частичной сработки полезного объёма, окончательная сработка которого завершается в зимнюю фазу.

V - полифа знмй тип уровенного режима, с числом фаз 5-9, когда чередующиеся несколько непродолжительных циклов частичной сработки и наполнения водохранилища до НПУ сменяются фазами продолжительного равновесия и предвесенней сработки до УПС. Этот редкий для водохранилищ России тип режима колебаний уровня обычен для Волгоградского водохранилища вследствие попусков воды из него для двух-трёхкратного обводнения волжской дельты в сроки нереста различных видов рыб.

В морфологически сложных котловинных водохранилищах при глубокой зимней сработке продольный профиль водной поверхности нередко приобретает ступенчатый характер с существенным перепадом уровня в узостях и протоках между озёрными плёсами.

Например, в Верхневолжском водохранилище разность отметок на отдельных участках достигает 1-1,5 м. Подобное явление наблюдается и при весеннем наполнении Шекснинского водохранилища, когда рост уровня воды в затопленной котловине оз. Белого приводит к выравниванию высоты водной поверхности в верхнем районе. В срабатывающейся в это время речной, приплотинной части перепад высотных отметок может достигать 1,3 м.

К концу весеннего наполнения этот перепад уменьшается до 0,1 м и сохраняется на коротком участке сопряжения озерной котловины с долиной Шексны в течение всего навигационного периода, а при зимней сработке увеличивается до 0,3-0,5 м.

Наиболее изменчивы колебания уровня в водохранилищах многолетнего регулирования (Истринском, Рыбинском, Братском). Это проявляется в разнообразии типов уровенного режима в годы с различной структурой речного стока, в изменчивости размаха внутригодовых колебаний от года к году и даже в смещении высотных отметок диапазона этих колебаний в годы и серии лет различной водности.

На большинстве водохранилищ России размах колебаний уровня воды в некоторые годы превосходит проектную его величину на 1 -2 м и более. Причем это - не столько следствие форсирования НПУ, предусматриваемое правилами эксплуатации водохранилищ, сколько понижения уровня воды ниже УПС. Стремление при эксплуатации водохранилищ увеличивать запроектированный полезный объём - неблагоприятная в экологическом отношении тенденция, из-за которой в водохранилищах увеличиваются, по сравнению с проектными, размеры обсыхающих и промерзающих зимой участков их ложа.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >