21664

Гидрология водохранилищ

Лекция

География, геология и геодезия

Водохранилища в зависимости от их морфологических и гидрологических особенностей можно разделить на несколько групп. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Поэтому озерные водохранилища не имеют четко выраженной русловой формы и многократного превышения длины над максимальной шириной. Основными параметрами водохранилища являются объём площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Русский

2013-08-03

70.5 KB

62 чел.

Тема 4. Гидрология водохранилищ

Основные особенности гидрологического режима водохранилищ

Интенсивное использование водных ресурсов связано с созданием водохранилищ различных размеров, позволяющих накапливать воду в период избытка речного стока и использовать ее затем для выработки энергии, водоснабжения, орошения полей, повышения глубин рек в межень и др.

Водохранилищеискусственный водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.

Для всех водохранилищ характерны:

- возрастание глубин по направлению к плотине, исключая те из них, в состав которых вошли глубокие озёра;

- весьма замедленные по сравнению с рекой водообмен и скорости течения;

- неустойчивость летней термической и газовой стратификации и некоторые другие особенности гидрологического режима.

Водохранилища в зависимости от их морфологических и гидрологических особенностей можно разделить на несколько групп.

Так, по величине напора, создаваемого плотиной, среди крупных водохранилищ можно выделить:

1) равнинные с напором 15—35 м;

2) предгорные с напором 50—100м;

3) горные с напором у плотины 200 м и более.

Типы водохранилищ:

- речные или русловые, которые располагаются в долинах рек. Имеют вытянутую форму, течения в них обычно стоковые; водная масса по своим характеристикам близка речным водам. В условиях широких долин приобретают ясно выраженные черты искусственных озер.

- озёрные, для которых характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами.

Образуются:

- на горных реках с большими уклонами;

- на равнинных реках, когда затапливаются не только долины, а и водораздельные пространства и междуречья. Поэтому озерные водохранилища не имеют четко выраженной русловой формы и многократного превышения длины над максимальной шириной.

Основными параметрами водохранилища являются объём, площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Режим уровней.

Участок реки выше плотины называется верхним бьефом. В нем происходит накопление воды и повышается уровень в результате подпора, который распространяется в больших водохранилищах на сотни км.

Ниже плотины располагается участок реки – нижний бьеф.

Естественный режим реки преобразуется как в верхнем, так и в нижнем бьефе в зависимости от величины подпора, количества воды, накопившейся в водохранилище, и типа регулирования речного стока, т. е. искусственного перераспределения его во времени.

Водохранилища бывают  многолетнего, сезонного, годичного, недельного и суточного регулирования стока, задачей которых является перераспределение стока между маловодными и многоводными годами, между отдельными сезонами в каждом году, неделями и сутками.

В водохранилище различают (Рис. 1):

Рис. 1. Характерные уровни водохранилища.

- НПУ или НПГ - нормальный подпорный уровень (горизонт)— высший подпорный уровень, который плотина может поддерживать в течение длительного времени при обеспечении нормальной эксплуатации всех сооружений. Это наивысший проектный уровень верхнего бьефа, выше которого подъем уровня в водохранилище, как правило, не разрешается.

- ФПУ - форсированный подпорный уровень — высший подпорный уровень, который можно поддерживать недолгое время в период пропуска очень больших половодий и паводков, обеспечивая сохранность сооружений.

УМО - уровень мёртвого объёма — минимальный уровень, допустимый в условиях нормальной эксплуатации.

Быстрое наполнение и сработка водохранилищ создают резкие колебания уровней. Интенсивность этих колебаний зависит от соотношения объема притока и расходования воды из водохранилища. На крупных водохранилищах колебания уровней вследствие изменения условий притока и расходования воды осуществляются в течение годового цикла, при этом уровни достигают наивысшей отметки весной при заполнении водохранилища и снижаются до наименьших отметок к концу зимы.

На водохранилищах малой (по отношению к притоку) емкости уровни колеблются значительно более резко, существенно изменяясь в течение суток и даже нескольких часов.

Условия водообмена.

Особенностью водохранилищ является их относительно большая проточность по сравнению с озерами такой же площади. Вследствие повышенной проточности наблюдаются более высокие скорости постоянных течений.

Сравнительно быстрая смена водных масс обеспечивает большее выравнивание температуры в водохранилищах, чем обычно наблюдается в озерах, а это в свою очередь приводит к меньшему нагреву поверхностных слоев воды по сравнению с теми условиями, которые имели бы место на озерах той же площади, расположенных в однородных климатических условиях.

Отложение наносов в водохранилищах.

Общими чертами процесса отложения наносов в водохранилищах разных типов являются:

- формирование области интенсивного отложения более крупных наносов в зоне выклинивания подпора;

- распространение мелких фракций по акватории водохранилища.

Часть наносов мелких фракций выносится за пределы водохранилища при сбросе воды из него.

В периоды сработки водохранилища зона выклинивания подпора перемещается к плотине и соответственно происходит передвижение области сосредоточенного отложения наносов. Этот процесс, повторяющийся периодически, способствует передвижению донных наносов к плотине и заполнению ими мертвого объема водохранилища. Чем меньше относительная емкость водохранилища, тем резче выражен этот процесс.

Более мелкие фракции распределяются по всей акватории с усилением процесса отложения в пределах затопленных пойм и других участков, где наблюдаются особо малые скорости течения.

Интенсивность заполнения водохранилища наносами зависит от его емкости и годового стока наносов.

Для водохранилищ озеровидного типа количество наносов, выносимых вместе со сбросом воды, весьма невелико, и поэтому интенсивность годичного заполнения водохранилища наносами можно принимать равной отношению мертвого объема к объему годового стока наносов. В русловых водохранилищах в силу их значительно большей проточности задерживается только некоторая часть из поступающих в них наносов. Несмотря на это, русловые водохранилища, обладая существенно меньшими объемами по сравнению с озеровидными водохранилищами, заиливаются значительно быстрее.

В русловых водохранилищах, создаваемых на реках, обладающих весьма высокой мутностью, может возникать донный поток тяжелой смеси, двигающийся от зоны выклинивания подпора до самой плотины.

Формирование берегов.

С созданием водохранилищ коренному переформированию подвергаются затапливаемые речные долины, особенно в береговой зоне водохранилища. Процессы, происходящие при формировании берегов водохранилищ, весьма существенно отличаются от тех, которые наблюдаются в береговой зоне озер.

Имеющиеся движения твердых частиц, образующих берег, обычно приводят к их перемещению в береговой зоне без существенного сноса в глубинную область. После создания водохранилищ ветровые волны, достигающие иногда высоты 3 м, сразу начинают интенсивно размывать склоны речной долины, которые до этого не соприкасались с водой и имели профиль, сформированный в условиях отсутствия постоянного воздействия воды. Внезапное нарушение условий существования склонов речных долин, превращаемых в берега водохранилищ, приводит к стремительному одностороннему их преобразованию.

Можно сказать, что береговая зона водохранилищ находится в стадии преобразования. В процессе преобразования береговой зоны водохранилищ даже в течение одного летнего сезона могут происходить обрушения берегов на расстоянии нескольких десятков метров от первоначального положения. При этом высота откосов может достигать 40—60 м и более. Общая зона разрушения береговой области до момента образования более или менее устойчивых береговых очертаний может достигать нескольких (двух-трех) километров.

В условиях водохранилищ, создаваемых подпором больших рек, основным фактором, определяющим процесс формирования береговой области, является ветровое волнение. Скорости течения, определяемые транзитными расходами воды, в больших водохранилищах малы для того, чтобы создать значительные размывы берегов.

При движениях воды, связанных с действием ветра, в том числе и сгонно-нагонных, так или иначе связанных с волнением, создаются скорости, способные размывать берега и дно, перемещать большие массы грунта (Рис. 2).

Рис. 2. Схема образования береговой отмели водохранилища.

abc - первоначальный берег, H — глубина на внешнем  крае береговой отмели,  mб — подводный склон береговой отмели, тксклон подводного берега,  debпризма  отложений;   bfq — призма  размыва.

Под действием указанных причин первоначальный берег, линия профиля которого abc  разрушается. Продукты разрушения отлагаются вниз по откосу в виде подводной береговой отмели или береговой платформы. Рост береговой отмели и разрушение берега продолжаются, постепенно затухая, до тех пор, пока отмель не образует надежную защитную полосу, выполненную на поверхности из достаточно крупных частиц грунта, в пределах которой волны теряют значительную часть своей энергии и перестают действовать разрушающе на берега.

Емкость водохранилища постепенно изменяется благодаря процессам заиления, которое происходит путем осаждения в чаше водохранилища наносов, приносимых рекой и впадающими притоками, а также материалов, образующихся при подмыве и разрушении берегов, оседании на водную поверхность частиц приносимых ветром (эоловый перенос), отмерших остатков живых организмов.

Ледовый режим. С образованием водохранилищ резко изменяются термический режим и ледовые условия, наблюдавшиеся до этого на реке. Вместе с тем они существенно отличаются и от условий, наблюдающихся на озерах, расположенных в тех же климатических зонах. Эти отличия возникают прежде всего вследствие того, что амплитуда колебания уровней и степень проточности водохранилищ, как указывалось выше, являются существенно большими, чем у озер.

В результате сработки уровня ледяной покров в прибрежной зоне водохранилищ деформируется, оседает на берега и ломается. Режим нарастания и таяния ледяного покрова в центральной части водохранилища существенно не отличается от наблюдаемого на озерах.

Начало замерзания наступает одновременно с появлением льда на реках, который выносится в водохранилище.

Сплошной ледяной покров на водохранилищах устанавливается раньше, чем на соответствующих участках рек в естественном состоянии. Это происходит потому, что в водохранилищах скорости течения значительно меньше, чем в реках. В период ледостава на водохранилищах могут появляться полыньи, возникающие в суженных участках, где значительные скорости. При снижении уровня воды часть льда на мелководье может ложиться на дно и порой занимает значительные площади. Весной при наполнении водохранилищ этот лед всплывает.

Вскрытие водохранилищ начинается несколько позже, чем вскрытие рек, где разрушение ледяного покрова происходит в результате воздействия скорости течения.

4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79033. Преднаука и философия познания в Средние века 34 KB
  Интерес для нас представляет личность Мухаммеда ибнМусы алХорезми 780850 автора нескольких сочинений по математике которые в XII в. Через его Арифметику европейцы познакомились с десятичной системой счисления и правилами алгоритмами от имени алХорезми выполнения четырех действий над числами записанными по этой системе. АлХорезми была написана Книга об алджебр и алмукабала целью которой было обучить искусству решений уравнений необходимых в случаях наследования раздела имущества торговли при измерении земель проведении...
79034. Эпоха Возрождения как канун становления классической науки 40 KB
  В городах стали возникать светские центры науки и искусства деятельность которых находилась вне контроля церкви. В формировании мышления этой эпохи огромное влияние сыграло наследие античной науки. Особенности науки эпохи Возрождения: антисхоластическая направленность взглядов и сочинений мыслителей этого времени; 2 создание новой пантеистичекой картины мира отождествляющей Бога и природу; 3 антропоцентризм то есть интерес в первую очередь к человеку и его деятельности философии.
79035. Мировоззренческие понятия пантеизма и деизма и их значение для становления научной картины мира (в философии Н.Кузанского, Д.Бруно, Б.Спинозы и французских просветителей 18-го века) 43.5 KB
  Николай Кузанский внёс вклад в развитие представлений, прокладывавших дорогу натурфилософии и пантеистическим тенденциям XVI в. В отличие от современных ему итальянских гуманистов
79036. Философия познания Ф.Бэкона и ее значение для превращения преднауки в науку 42 KB
  Родоначальником нового подхода к науке является знаменитый английский политический деятель философматериалист и один из основоположников науки Фрэнсис Бэкон 1561 1626. Бэкон дал философское обоснование нового взгляда на цель и предназначение науки разработал основные принципы индуктивного метода исследования. Бэконовский афоризм Знание сила в течение трех веков является символом науки. Бэкон предпринимает Великое восстановление наук в книге оставшейся не законченной и фиксирует возникновение науки как триединого целого система...
79037. Философия познания Р.Декарта и ее значение для превращения преднауки в науку 35 KB
  В основе философии Декарта дуализм души и тела мыслящей и протяженной субстанции. Общая причина движения по Декарту Бог который сотворил материю движение и покой. В учении о познании Декарт родоначальник рационализма и сторонник учения о врожденных идеях.
79038. Становление классической науки (XVII век) 35.5 KB
  Становление классической науки XVII век. также научная революция Этап становления классической науки относится к XVII. Этап становления классической науки связан прежде всего с деятельностью таких мыслителей как Г. При этом предметом науки являются законы общие положения обладающие абсолютностью и безусловной значимостью для всех.
79039. Развитие естествознания в XVII - XIX веках 34.5 KB
  Хорошо известно что идея развития пробила себе дорогу в естествознании уже в конце XVIII в. Однако конкретная форма идеи развития в естествознании того времени форма механистического эволюционизма была еще крайне несовершенна. рассматривали развитие как механический круговорот в котором происходит интеграция систем из некоторых простейших элементов и последующий распад их на эти же элементы причем каждый цикл развития завершается возвращением к исходному пункту. Правда дальнейшее проникновение идеи развития в естественные науки все...
79040. Натурфилософия как предшественник и антипод научного знания о природе. Преодоление натурфилософии (XIX в) 45 KB
  Преодоление натурфилософии XIX в. Натурфилософская и позитивистская и диалектическая концепции взаимосвязи философии и науки. явилась по существу первой исторической формой философии вообще. Сосуществования философии и науки как самостоятельных и во многом различающихся по предметам средствам методам и функциям форм познавательной и ориентировочной деятельности человека был сформулирован ряд концепций об их взаимоотношении.
79041. Достижения социально-гуманитарного знания в XVII - XIX веках 35 KB
  Достижения социальногуманитарного знания в XVII XIX вв. В решении проблемы о соотношении социальногуманитарного и естественнонаучного познания исторически сложились и существуют две альтернативные позиции: натурализм и антинатурализм. Данный подход казался безупречным в качестве метода научного познания и использовался для объяснения всех явлений в контексте имеющегося тогда знания. Но принцип редукционизма продолжал существовать в смысловом поле научного познания.