Нормативные уровни водохранилища
Нормативные уровни водохранилищ – это проектные отметки уровня воды, образующегося в водохранилищах. Указываются в метрах по Балтийской системе высот (м БС или просто м) – системе нормальных высот, отсчёт которых ведётся от нуля Кронштадтского футштока (средний многолетний уровень Балтийского моря). Для некоторых водоёмов отметка нормативных уровней водохранилищ указана по используемым до 1977 года локальным системам высот (Охотской, Восточно-Сибирской, Тихоокеанской, Балтийско-Черноморской), а также по условным системам высот, принятым при проектировании и строительстве водных объектов. В связи с этим условные системы высот некоторых водохранилищ, например, уровень верхневолжских Иваньковского, Рыбинского, Угличского водохранилищ ниже БС, а ангарских Братского и Иркутского – выше.
Основные нормативные уровни водохранилища – нормальный подпорный уровень (ПНУ), уровень мёртвого объёма (УМО, ранее указывался как ГМО – горизонт мёртвого объёма) и форсированный подпорный уровень (ФПУ). Для некоторых водохранилищ, входящих в каскады водных путей, указывают также минимальный навигационный уровень (МНУ) или уровень навигационной сработки (УНС).
Нормальный подпорный уровень – это наивысший проектный подпорный уровень верхнего бьефа, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений. Иногда встречаются устаревшие термины Нормальный подпорный горизонт (НПГ) или Подпёртый горизонт (ПГ), однако в соответствии с «ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения» их применение недопустимо. Величина НПУ определяет максимальную площадь затопления при создании водохранилища и максимальный напор. Объём водохранилища, заполненного до отметки НПУ, называют полным объёмом водохранилища. Для каскадов водохранилищ может быть указан НПУ как верхнего, так и нижнего бьефа. Разница между полным объёмом водохранилища и объёмом водохранилища при текущем уровне наполнения называется свободным объёмом (свободной ёмкостью) водохранилища.
Форсированный подпорный уровень – подъёмный уровень выше нормального, кратковременно допускаемый в верхнем бьефе в чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений. Иногда встречаются устаревшие термины Катастрофический подпорный уровень (КПУ) или Форсированный горизонт (ФГ), использование которых в настоящее время недопустимо. Разница между полным объёмом водохранилища и объёмом водохранилища при ФПУ называется форсированным или резервным объёмом водохранилища.
Уровень мёртвого объёма (УМО) – предельно возможное снижение уровня воды в водохранилище, ограничивающего постоянную часть полного объёма водохранилища, которая в нормальных условиях эксплуатации не срабатывается и в регулировании стока не участвует. Иногда встречается устаревший термин Горизонт мёртвого объёма (ГМО). Величина УМО определяет минимальный напор и минимальную площадь затопления водохранилища. Объём водохранилища, заполненного до уровня УМО, называется мёртвым объёмом, разница между полным и мёртвым объёмами водохранилища – полезным объёмом.
Минимальный навигационный уровень (МНУ) или Уровень навигационной сработки (УНС) – это минимальный уровень воды, допускаемый в водохранилище в период навигации, учитывающий необходимость поддержания судоходных глубин. Минимальный навигационный уровень определяется, в основном для водохранилищ, включённых в состав водных путей. Часто МНУ совпадает с УМО и отдельно не указывается. Примером отличного от УМО минимального навигационного уровня являются водохранилища Волго-Донского канала (Варваровское, Карповское, Береславское), для которых уровень МНУ выше уровня УМО на 0,4–0,5 м.
Главной задачей при проектировании водохранилищ является определение полезного и мёртвого объёмов и соответствующих им НПУ и УМО. Полезный объём водохранилища и соответствующий ему НПУ определяются в результате сопоставления технико-экономических показателей различных вариантов водохранилищ. Мёртвый объём и соответствующий ему УМО определяются с учётом объёма, необходимого для аккумуляции наносов, которые будут поступать в водохранилище после его постройки; санитарно-технических требований и условий обеспечения необходимого качества воды; минимального напора воды, необходимого для работы гидроагрегатов ГЭС; определения средних глубин и общей площади мелководий глубиной менее 2 м, необходимых для недопущения прогрева воды, зарастания водохранилища и ухудшения гидрохимического и гидробиологического режимов в летнее время; минимальных глубин, необходимых для судоходства. Отметка форсированного подпорного уровня определяется в зависимости от максимальных расходов воды половодья или паводка, размеров и типа сбросных сооружений водохранилища. Отметка минимального навигационного уровня определяется с учётом требований по обеспечению минимальных габаритов судового хода.
Источник
Нормальный подпорный уровень
Водохрани́лище — искусственный (рукотворный) водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.
Водохранилища делятся на два вида:
Для водохранилищ озёрного вида (например, Рыбинского) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) вида (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них обычно стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.
Основными параметрами водохранилища являются объём, площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.
Содержание
Терминология
В отличие от естественных замкнутых водоёмов, которые не используются в качестве водохранилищ, в данном случае существует набор терминов, характеризующих их допустимые водные запасы и уровни уреза воды:
- уровни:
- нормальный подпорный уровень (НПУ) — оптимальная наивысшая отметка водной поверхности водохранилища, которая может длительно поддерживаться подпорным сооружением;
- форсированный подпорный уровень (ФПУ) или горизонт форсировки — отметка водной поверхности водохранилища, превышающая НПУ, который, при проектировании гидроузла с известной пропускной способностью, определяется, исходя из площади водохранилища и максимально возможного притока воды. Превышение этого уровня может привести к переливу через гребень плотины и к другим аварийным ситуациям;
- уровень мёртвого объёма (УМО) или горизонт сработки водохранилища — отметка водной поверхности, соответствующая наибольшему опорожнению водохранилища. Рассчитывается в соответствии с условиями заиления, необходимым уровнем воды для зимовки рыб, обеспечению экологических условий, технологическими особенностями подпорных сооружений и характеристиками притока в водоём;
- объёмы:
- объём или полный объём водохранилища — данная величина равна сумме мёртвого и полезного объёмов [1][2] ;
- ёмкость форсировки или регулирующая ёмкость водохранилища — часть объёма водоёма между отметками ФПУ и НПУ, предназначенная для уменьшения максимального расхода через гидроузел во время весеннего половодья или дождевых паводков; [1]
- полезный объём водохранилища — часть объёма водоема между отметками оптимального наивысшего уровня горизонта (НПУ) и уровнем максимальной сработки водоёма (УМО); [1]
- мёртвый объём водохранилища — объём водоёма ниже отметки горизонта сработки водохранилища (УМО).
Типы водохранилищ
Встречаются следующие типы водохранилищ:
- Крытые резервуары, устраиваемые из железа, бетона, камня и других материалов. Они располагаются над землёй или в земле (полностью или частично) и применяются в водоснабжении как резервуары суточного регулирования или для создания напора.
- Открытые бассейны, устраиваемые в земле путём выемки или полувыемки, а также путём обвалования на горизонтальной или слегка наклонённой местности. Такие водохранилища иногда устраиваются при ГЭС деривационного типа в качестве бассейнов суточного регулирования. Они также применяются в орошении для временного задержания высокого стока, который используется затем на ниже расположенных площадках или в самом водохранилище (лиманное орошение)
- Водохранилища, создаваемые в долинах естественных водных объектов постройкой подпорных сооружений (плотин, зданий ГЭС, шлюзов и других). Этот тип водохранилищ имеет наибольшее распространение и значение для экономики. Внутри него выделяют два подтипа:
- речные (русловые) водохранилища, расположенные в долинах рек. Характеризуются вытянутой формой, с преобладанием стоковых течений и характеристиками водной массы, близкими к речным водам;
- озёрные, повторяющие форму водоёма, находящегося в подпоре, и отличающиеся по своим физико-химическим свойствам от свойств вод притоков.
Крупнейшие водохранилища
Крупнейшими по площади зеркала водохранилищами мира являются:
Крупнейшими водохранилищами по полному объёму накапливаемой воды являются [3] :
Старейшие водохранилища
Первые водохранилища были созданы в Древнем Египте с целью освоения земель в долине реки Нил (более 3000 лет до н. э.).
В России первые водохранилища были созданы в период 1701—1709 годов при строительстве Вышневолоцкой водной системы, соединившей Волгу с Балтийским морем [4] . В 1704 году было построено Алапаевское водохранилище (на среднем Урале) для обеспечения водой и механической энергией завода. Водохранилище Сестрорецкий Разлив было образовано в 1721 году.
Влияние на экологическую обстановку
Создание водохранилищ существенно изменяет ландшафт речных долин, а регулирование ими стока преобразует естественный гидрологический режим реки в пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят также и в нижнем бьефе гидроузлов, иногда на протяжении десятков и даже сотен километров. Особое значение имеет уменьшение половодий, в результате чего ухудшаются условия нереста рыб и произрастания трав на пойменных лугах. Уменьшение скорости течения вызывает выпадение наносов и заиление водохранилищ; изменяется температурный и ледовый режим, в нижнем бьефе образуется не замерзающая всю зиму полынья.
На водохранилищах высота ветровых волн больше, чем на реках (до 3 метров и более).
Гидробиологический режим водохранилищ существенно отличается от режима рек: биомасса в водохранилище образуется интенсивнее, меняется видовой состав флоры и фауны.
Заиление водохранилищ
Заиление водохранилища — это потеря объёма воды за счёт роста абсолютных отметок дна. Причины: поступление с водосбора взвешенных наносов, ветровой перенос летучих песков с суши, выпадение в осадок химических соединений, биомасса водной растительности, размыв берегов волновыми процессами, вымывание торфа из-под плавающих болот, которые условно находятся за границей водохранилища.
Процесс заиления водохранилищ сложный. Детально изучен в работе 1938 года. [5]
Мероприятия по борьбе с заилением рекомендуются следующие:
- строительство водохранилищ не в основном русле, а в боковых балках;
- отвод паводка через боковой канал;
- устройство в начале водохранилища поперечных донных галерей;
- устройство в плотине донных водоспусков;
- устройство прудов в реках выше по течению;
- создание объёмов для сбора наносов;
- рациональный водный режим;
- агротехникаводосбора.
Основным способом, рекомендуемым «Руководством» [6] в борьбе с заилением, является промывка наносов расходом воды, сбрасываемым из водохранилища. Практикуется оставлять водохранилище на зимний период без воды, если в ней нет потребности. Этого не делают в вегетационный период высшей водной растительности (камыш, тростник и др.), разрастающейся по площади акватории при глубине воды менее 1,5 метра.
В монографии [5] сделан анализ около 100 водохранилищ мира, из которых самое раннее было создано в 1814 году.
Источник