Водохранилище

Вид со спутника на водохранилище Гури , Венесуэла, площадью более 4000 км².

Резервуаром называется скопление воды, произведенное сооружением в русле реки или ручья , которое частично или полностью перекрывает его русло. В Испании термин « болото» иногда используется в этом значении. Строительство водохранилища может происходить по естественным причинам, таким как обрушение склона холма на узком участке реки или ручья, скопление ледяных щитов или построек, сделанных бобрами, а также в результате работ, построенных человеком для этой цели. , как и плотины

Водоемы естественного происхождения

Бобровая плотина в Йеллоустоне .

Обрушение склона

В данном случае это абсолютно неуправляемые водоемы, которые вообще имеют короткую жизнь, дни, недели и даже месяцы. При заполнении водохранилища приносами реки или ручья возникают протечки через массу неуплотненной земли, а сбросы через самую низкую точку венца, которые приводят к более или менее быстрому и резкому разрыву плотины. способны нанести большой ущерб населению и посевным площадям, расположенным ниже по течению.

Явление такого типа произошло в районе, известном как Ла Хосефина на реке Пауте в Эквадоре .

Скопление льда

Скопление льда ( насыпей ) на крупных реках, расположенных в холодных районах, обычно происходит в местах, где русло имеет некоторые сужения, как естественные, например наличие скал , так и искусственные , например опоры моста .

Ситуации такого типа могут возникать, например, на реке Дунай . Чтобы предотвратить ущерб, который это может нанести, службы профилактики используют специальные суда, называемые ледоколами .

Плотины, построенные бобрами

Бобровые плотины встречаются в небольших ручьях, как правило, в малонаселенных районах, и поэтому любой ущерб, причиняемый их прорывом, обычно ограничен.

Искусственные водоемы

Резервуары, образующиеся при строительстве плотины , могут иметь назначение:

• регулировать сток реки или ручья, накапливая воду из влажных периодов, чтобы использовать ее в более засушливые периоды для орошения, для снабжения питьевой водой, для производства электроэнергии, для обеспечения судоходства или для разбавления загрязняющих веществ. Когда резервуар имеет более одного назначения, он называется многоцелевым;
• содержат экстремальные потоки паводков или паводков. Ламинирование проспектов ;
• создать перепад высот для выработки электроэнергии с помощью гидроэлектростанции ;
• создать места для отдыха и занятий водными видами спорта.

Характеристики резервуаров

Основными физическими характеристиками резервуара являются кривые высоты-объема, кривая высоты-поверхности затопления и регуляризованный поток.

В зависимости от особенностей долины, если она широкая и открытая, затопляемые участки могут занимать густонаселенные районы или плодородные земли для земледелия. В этих случаях, прежде чем строить плотину , преимущества и недостатки должны быть очень объективно оценены с помощью исследования воздействия на окружающую среду , что не всегда делалось в прошлом.

В других случаях, особенно на высоких и крутых участках, водохранилище занимает необитаемую территорию, и в этом случае воздействие на окружающую среду ограничено или отсутствует.

Регулярный поток, пожалуй, самая важная характеристика водохранилищ, предназначенных именно для того, чтобы в течение дня, года или многолетних периодов или, возможно, пройдут столетия, прежде чем он будет отключен человеческой рукой, поток, который может быть отозван. непрерывно для использования, для которого водохранилище было построено.

Характерные уровни стока водохранилища

уровень воды в водохранилище

Уровень воды в водохранилище всегда выше первоначального уровня реки. С точки зрения эксплуатации резервуаров определен ряд уровней. Основные из них (в порядке возрастания):

• Минимальный уровень minimorum : это минимальный уровень, которого может достичь резервуар; совпадает с минимальным уровнем водозабора, расположенным на самом нижнем уровне.
• Минимальный эксплуатационный уровень : это уровень, ниже которого сооружения, связанные с водохранилищем и плотиной, не работают или работают неадекватно.
• Средний уровень . Это уровень, который имеет 50% постоянство в периоде цикла компенсации водохранилища, который может быть от одного дня, для небольших водохранилищ, до многолетних периодов для крупных водохранилищ. Наиболее частый период – один год.
• Максимальный рабочий уровень : при достижении этого уровня начинается заливка воды для поддержания уровня, но без причинения ущерба ниже по течению.
• Уровень полигона . Если плотина имеет только один свободный водосброс , уровень пола совпадает с максимальным эксплуатационным уровнем. Если водосброс оборудован затворами, уровень пола ниже максимального эксплуатационного уровня.
• Максимально нормальный уровень : при достижении этого уровня цель операции меняется, и приоритетом становится обеспечение безопасности плотины. На этом этапе может произойти повреждение ниже по течению; однако мы постараемся минимизировать их.
• Максимальный уровень maximorum : на этом уровне абсолютным приоритетом является безопасность плотины, поскольку прорыв ниже по течению будет иметь катастрофические последствия. Уровень поддерживается любой ценой; выходящий поток равен потоку, поступающему в водохранилище.

Характерные объемы резервуара

Характерные объемы резервуаров связаны с уровнями; таким образом имеем:

• Мертвый объем , определяемый как объем, хранящийся до достижения минимального уровня минимума.
• Полезный объем , тот, что находится между минимальным уровнем миниморума и максимальным рабочим уровнем.
• Объем ламинирования — это объем между максимальным рабочим уровнем и нормальным максимальным уровнем. Этот объем, как следует из его названия, используется для уменьшения потока, сбрасываемого в проспекты, чтобы ограничить ущерб ниже по течению.

Объем воды, содержащейся в резервуаре, иногда измеряется в кубических метрах (м³) или иногда в кубических гектометрах (гм³), каждый из которых равен 1 000 000 м³.

Характерные потоки водохранилища

• Стабильный поток . Это максимальный расход , который может быть изъят из резервуара в критический период. Если водохранилище имеет размеры, позволяющие компенсировать стоки в течение гидрологического года , то гидрологический год, в котором был зарегистрирован минимальный вклад объема, обычно считается критическим периодом. Однако приняты и другие определения критического периода, как, например, годовой объем водоподачи, превышенный в 75% лет, что является менее критическим состоянием, чем предыдущее.
• Регулярный поток . Это сток, который может быть изъят из водохранилища в течение гидрологического года, связанный с вероятностью.

Срок службы резервуара

Срок полезного использования резервуара для целей экономической оценки оценивается в пределах от 30 до 50 лет, однако потенциально резервуары могут иметь гораздо более длительный срок полезного использования. К факторам, которые могут повлиять на срок службы резервуара, можно отнести:

• Проблемы деградации плотин;
• Заиление водоема с последующим уменьшением его полезного объема.

Сочетание крутых почв, интенсивных дождей, типа почвы и использования, которое им дается, означает, что скорость эрозии и осадконакопления очень высока в местах, где расположены водохранилища. Высокая наносность некоторых водотоков и чрезмерная застройка участков вблизи водохранилищ, а также отсутствие превентивной борьбы с эрозией ускоряют процесс осадконакопления водохранилищ. В бассейнах с водохранилищами реки и ручьи выносят эродированные отложения в водохранилища, где они «запираются». ]

Наиболее точным способом измерения отложений в водохранилищах являются батиметрические исследования. Отметки дна водохранилища берутся для построения топографии дна водохранилища. Таким образом, доступный объем резервуара определяется и сравнивается с его расчетным объемом. С помощью информации, полученной в результате батиметрических исследований, определяется существующая емкость водохранилища и годовая скорость потери емкости в зависимости от конкретной нагрузки наносов.

Существует множество альтернатив для управления отложениями в водохранилищах. В пласте-коллекторе может использоваться более одного метода, и разные методы могут быть более подходящими в разное время на протяжении всего срока эксплуатации пласта-коллектора. Стратегии управления можно разделить на четыре основные темы: (1) уменьшить поступление наносов в водохранилище, (2) гидравлическое управление водохранилищем для минимизации отложений наносов, (3) удалить наносы после их отложения и (4) справиться с последствиями без управления процесс осаждения как таковой. Ниже приводится краткое описание стратегий управления наносами: ]

1. Уменьшить вклад отложений. Это может быть достигнуто с помощью отстойников, которые могут быть как структурными, так и неструктурными, внутри или снаружи реки. Еще один способ уменьшить вклад отложений - контролировать поверхностную эрозию почвы, способствуя формированию ее растительной защиты.
2. Свести к минимуму оседание осадка. Эта стратегия основана на отклонении отложений. Это может быть достигнуто, среди прочего, за счет отвода мутных водных потоков или отвода паводков. Стратегия отвода наносов, реализованная в некоторых странах, заключается в строительстве водохранилищ вне русла реки.
3. Восстановите объем хранилища. Одним из способов достижения этого является выемка грунта, гидравлическая или механическая. Другой путь — через перераспределение отложений, например, путем отложения их в мертвом объеме. Последнее также может быть достигнуто за счет структурных модификаций или повышения уровня эксплуатации.

Эффекты резервуара

Водохранилище Лос- Пеарес , Галисия , Испания .

Водохранилища оказывают большое влияние на окружающую среду; некоторые из его эффектов можно считать положительными, а другие - отрицательными.

Общие

Большие резервуары добавляют очень важный вес почве в этом районе, в дополнение к увеличению инфильтрации. Эти два фактора вместе могут вызывать так называемые индуцированные землетрясения . Они часты в первые годы после заполнения водохранилища. Хотя эти индуцированные землетрясения раздражают, они очень редко достигают интенсивности, которая может нанести серьезный ущерб населению.

Вверх по течению

Выше по течению уровень грунтовых вод соседних земель может сильно измениться, что может иметь последствия для окружающей прибрежной растительности.

Вниз по течению

Эффекты водохранилища ниже по течению бывают нескольких типов; можно упомянуть:

• Повышенная способность размывать русло реки.
• Уменьшение среднего сбрасываемого стока и, следовательно, облегчение для антропогенной деятельности захвата части более крупного русла реки.
• Уменьшение вклада наносов в берега, влияющих на эрозию пляжей и дельт .

Использование резервуаров

По сути, водохранилище, созданное плотиной, которая прерывает естественное течение реки, предоставляет оператору водохранилища потенциальный объем хранилища, который можно использовать для различных целей, некоторые из которых дополняют друг друга, а другие противоречат друг другу. оператора водохранилища также энергетический потенциал, связанный с повышением уровня воды.

Можно выделить виды использования, которые для их максимизации требуют, чтобы резервуар был как можно более полным, гарантируя более регулярный поток . Это производство электроэнергии , орошение , подача питьевой или технической воды, растворение загрязняющих веществ . Наоборот, для борьбы с наводнениями водохранилище будет тем эффективнее, чем пустее оно будет во время наводнения .

С точки зрения регулирующей способности водохранилище может иметь суточный, месячный, годовой и даже, в ряде случаев, многолетний цикл. Это означает, что водохранилище накапливает воду в течение, например, 20 часов в сутки, чтобы сбросить весь этот объем для выработки электроэнергии в течение 4 часов пикового спроса; либо аккумулирует воду в сезон дождей, от 3 до 6 месяцев в зависимости от региона, чтобы использовать ее для орошения в засушливый период.

Многоцелевой резервуар

Многие современные резервуары предназначены для многократного использования. В этих случаях оператор резервуара должен установить правила эксплуатации, которые должны учитывать:

• Приоритет каждого из видов использования, связанный с наличием других технически и экономически целесообразных альтернатив на данной территории. В целом питьевое водоснабжение имеет наивысший приоритет.
• Максимальные и минимальные ограничения расхода ниже по течению от плотины, поддерживающей водохранилище.

Воздействие на окружающую среду

Крупные проекты плотин вызывают необратимое воздействие на окружающую среду на большой географической территории и, следовательно, могут нанести значительный ущерб. Критика этих проектов усилилась за последнее десятилетие. Самые резкие критики утверждают, что, поскольку выгоды стоят меньше социальных, экологических и экономических издержек, строительство больших плотин неоправданно. Другие утверждают, что экологических и социальных издержек в некоторых случаях можно избежать или снизить до приемлемого уровня путем тщательной оценки потенциальных проблем и принятия корректирующих мер. ]

Зона влияния плотины простирается от верхних пределов водосбора водохранилища до устья , побережья и моря . Включает водораздел и речную долину ниже по течению от плотины.

Несмотря на то, что строительство плотины оказывает прямое воздействие на окружающую среду (например, проблемы с пылью, эрозией, земляными работами), наибольшее воздействие оказывает плотина на воду, затопление земли для образования водохранилища и изменение состояния воды. поток, ниже. Эти последствия оказывают прямое воздействие на почвы, растительность, дикую природу и дикие земли, рыболовство, климат и особенно на население в этом районе.

Косвенное воздействие плотины иногда может быть хуже, чем прямое воздействие, и связано со строительством, обслуживанием и эксплуатацией плотины (например, подъездные пути, строительные городки, линии электропередач) и развитием сельскохозяйственных, промышленных или коммунальных предприятий. мероприятия, продвигаемые плотиной.

В дополнение к прямому и косвенному воздействию строительства плотины на окружающую среду необходимо учитывать воздействие окружающей среды на плотину. Основные экологические факторы, влияющие на работу и срок службы плотины, связаны с использованием земли, воды и других ресурсов водосборной площади над водохранилищем (например, сельское хозяйство, заселение, вырубка леса), что может привести к дальнейшему накоплению ила и изменения качества воды водохранилища и реки ниже по течению.

Преимущества плотины: контроль наводнений и более надежное и качественное водоснабжение для сельскохозяйственного орошения, бытового и промышленного использования. Кроме того, плотины могут создавать альтернативные виды деятельности, такие как электричество, туризм, рыболовство, рыбоводство и судоходство. Гидроэлектроэнергия, например, является альтернативой термоэлектрической энергии на основе угля или атомной энергии . Локальная интенсификация сельского хозяйства за счет орошения может снизить нагрузку на леса, нетронутые места обитания диких животных и другие территории, непригодные для сельского хозяйства. Точно так же плотины могут создать рыбную промышленность и способствовать сельскохозяйственному производству в районе ниже по течению от водохранилища, что в некоторых случаях может более чем компенсировать потери, понесенные в этих секторах в результате их строительства.

В последнее время рассматривается благотворный эффект, который мог бы иметь запас воды на суше для компенсации повышения уровня моря, сохраняя в жидком виде воду, которая теперь остается на суше в виде льда в ледниках и вечных снегов в высокогорьях. ., который сейчас тает из-за глобального потепления . Экологические преимущества в прибрежных районах (многие из них очень густонаселены) могут перевесить любые проблемы во внутренних районах.

Гидрологические эффекты

При перекрытии реки и создании лагуны гидрология и лимнология речной системы коренным образом меняются. Резкие изменения происходят в стоке, качестве, количестве и использовании воды, биотических факторах и осадконакоплении речного бассейна.

Разложение органического вещества (например, деревьев) на затопляемых землях обогащает пищу в водохранилище. Удобрения , используемые выше по течению, добавляются к пище, которая накапливается и перерабатывается в водохранилище. Эти продукты поддерживают не только рыбную ловлю , но и рост водных растений, таких как водяные лилии и водяные гиацинты . Коврики из травы и водорослей могут быть дорогостоящими неприятностями. Если они забивают выходы плотин и оросительные каналы, то уничтожают рыболовство, ограничивают рекреацию, увеличивают затраты на очистку воды, затрудняют судоходство и существенно увеличивают потери воды за счет транспирации.

Если на затопленной земле много деревьев и она не очищена должным образом перед затоплением, разложение этой растительности приведет к снижению уровня кислорода в воде. Это влияет на водную жизнь и может привести к большим потерям рыбы. Продукты анаэробного разложения включают сероводород , вредный для водных организмов и вызывающий коррозию турбин плотин , и метан , являющийся парниковым газом . Углекислый газ , основной производимый газ, также усугубляет парниковый риск.

Взвешенные частицы, которые приносит река, оседают в водохранилище, ограничивая его емкость и срок полезного использования, лишая реку наносов вниз по течению. Многие сельскохозяйственные угодья в поймах всегда зависели от богатых питательными веществами илов для поддержания своей продуктивности. Поскольку отложения больше не откладываются вниз по течению в пойме, эту потерю пищи необходимо будет компенсировать путем добавления удобрений для поддержания продуктивности сельского хозяйства. Выброс относительно свободных от наносов вод может смыть русла ниже по течению. Однако заиление водохранилища дает более качественную воду для орошения, производства и потребления человеком.

Дополнительные последствия изменений в гидрологии речного бассейна включают изменения уровня грунтовых вод вверх и вниз по течению от водохранилища и проблемы засоления ; они оказывают прямое воздействие на окружающую среду и влияют на пользователей, расположенных ниже по течению.

Социальные проблемы

Очень часто горожане, сельскохозяйственные интересы и люди, живущие далеко, пользуются преимуществами плотин. Но те, кто несет большую часть экологических и социальных издержек, не всегда получают выгоду в одинаковой степени, а во многих случаях вообще не получают выгоды. Жители территории, затопленной водохранилищами, и те, кто живет на аллювиальных землях, могут получать пособия, но они почти всегда должны брать на себя ущерб от работ и водохранилищ.

Наполнение водоема обычно требует вынужденного переселения переменного числа людей, достигающего в некоторых случаях сотен тысяч, что требует глубокой социальной адаптации не только со стороны перемещенных, но и уже проживающих в местах расселения людей. см. раздел « Вынужденное перемещение »).

Для людей, которые остаются в речном бассейне, доступ к водным, земельным и биотическим ресурсам часто ограничен. Кустарное рыболовство и традиционное (откатного) пойменное земледелие прерваны из-за изменения стока и уменьшения оседания ила. Поймы многих тропических рек имеют большое значение для жизни людей и животных; по мере того, как поймы сокращаются, должны происходить изменения в землепользовании; В противном случае популяции будут вынуждены поменяться местами.

Часто, особенно в жарких районах, водохранилища увеличивают заболеваемость болезнями, связанными с водой, такими как малярия или шистосомоз .

Конфликты также возникают между людьми, которые проживают в этом районе, и теми, кто входит в него после строительства, например, строителями, временными рабочими в сельском хозяйстве и другими видами деятельности, вызванными плотиной, с такими последствиями, как перегрузка коммунальных служб, конкуренция за ресурсы и социальные конфликты. Эти конфликты могут быть еще более серьезными, если этническая принадлежность местного населения отличается от этнической принадлежности приезжих.

Среди положительных последствий можно отметить: гораздо больший спрос на рабочую силу при строительстве плотины, льготы для коммерческой деятельности и услуг в этом районе, умеренный рост спроса на рабочую силу для послестроительного обслуживания, улучшения дорог и обеспечение энергией, возможное улучшение речного транспорта. Во многих случаях население также пользуется инфраструктурой, созданной для строительства плотины после ее завершения, например, домами строителей. Нередко правительства уделяют особое внимание инфраструктуре маргинального района только тогда, когда она выдвигается на первый план в связи со строительством крупного проекта, с помощью которого население района может получить выгоды, которые они обычно не получили бы. .

Наконец, большие и средние водохранилища обычно используются для развития туризма в регионе.

Рыба и дикая природа

Как указывалось выше, рыболовство обычно ухудшается из-за изменений речного стока или температуры, ухудшения качества воды, утраты нерестилищ и барьеров, препятствующих миграции рыб. Однако в водохранилище создаются рыбные ресурсы, иногда более продуктивные, чем те, что были ранее в реке.

В биологически продуктивных реках, содержащих эстерон, рыба и моллюски страдают от изменений стока и качества воды. Изменения стока пресной воды и, следовательно, солености эстуария изменяют распределение видов и репродуктивные модели рыб. Колебания в количестве пищи и ухудшение качества речной воды могут иметь серьезные последствия для продуктивности эстуария. Эти изменения могут иметь важные последствия для морских видов, которые кормятся или проводят часть своего жизненного цикла в эстуарии или на которых влияют изменения качества прибрежных районов.

Наибольшее воздействие на фауну окажет утрата среды обитания, которая происходит, когда водохранилище заполняется и происходят изменения в использовании земель в бассейне. Они могут влиять на модели миграции фауны из-за резервуара и связанного с ним развития. Незаконная охота и искоренение видов, считающихся сельскохозяйственными вредителями , и связанная с этим подпольная деятельность имеют более избирательный эффект. Дикие и водоплавающие птицы, рептилии и амфибии могут процветать благодаря водохранилищу.

Сейсмическая опасность

Крупные резервуары могут изменить тектоническую активность. Вероятность того, что он вызовет сейсмическую активность, трудно предсказать; однако следует учитывать весь разрушительный потенциал землетрясений, которые могут вызвать оползни, повреждение инфраструктуры плотин и возможное разрушение плотин.

Управление водоразделом

Водохранилища часто делают как эффективное средство от периодических разливов некоторых рек, часто катастрофических паводков.

Часто под плотиной увеличивается население, как население, проживавшее в районах, затопленных водохранилищем, так и новое население, вызванное возможностями обработки новых орошаемых земель, обеспечиваемыми запрудными водами. Иногда происходит деградация окружающей среды с ухудшением качества воды и увеличением скорости отложений в водохранилищах в результате вырубки лесов для нужд сельского хозяйства, нагрузки на пастбища, землепользования, например гидрографических водоразделов ниже по течению.

Смотрите также

• Приложение: Водоемы мира по площади и объему воды
• Гидроэлектростанция
• Добыча
• Заполнение резервуара

Ссылки

Библиография

• Гидравлика открытых каналов. Приходи, Те Чоу . От редакции Диана, Мексика, 1983. ISBN 968-13-1327-5
• Справочник по экологической оценке (Том I; II и III). Технические работы Департамента окружающей среды Всемирного банка
• (на итальянском языке) Manuale dell'Ingegnere. Издание 81. Под редакцией Ульрико Хёпли, Милан, 1987 г. ISBN 88-203-1430-4
• (на португальском языке) Инженерия водных ресурсов. Рэй К. Линсли и Джозеф Б. Францини. редактировать
• (на английском языке) Справочник по прикладной гидравлике. Номер карты каталога Библиотеки Конгресса 67-25809.ra da Universidade de Sao Paulo e Editora McGraw-Hill do Brasil, Ltda, 1978.
• (на английском языке) Справочник по прикладной гидрологии. Сборник технологий водных ресурсов. Come Te Chow , доктор философии, главный редактор. Издательство McGraw-Hill Book Company. 1964. ISBN 07-010774-2.

Внешние ссылки

• В Викиучебнике есть книга или руководство о воздействии на окружающую среду/гидравлической плотине .
• Координатор людей, пострадавших от крупных водохранилищ и переносов
• SEPREM - Испанское общество плотин и водохранилищ
• Интервью с инженером Дульсе Марией Камехо Корралес, пионером строительства водохранилищ на Кубе. Беседы о воде, глава I.
• Инвентаризация плотин и водохранилищ в Испании, Министерство окружающей среды
• Состояние водоемов в Испании
• [два]