1.1.2 Речной сток
Речной сток любой территории представляют собой расходную часть водного баланса, характеризуется перемещением воды в процессе Мирового влагооборота в виде стекания по речному руслу. На водосборе, кроме речного стока, наблюдаются также склоновый и подземный стоки. В свою очередь, склоновый и русловый стоки называются поверхностным стоком .
Анализ пространственной и временной изменчивости руслового (речного) стока, отражает присутствие важного гидролого-географического показателя, определяющего количество водных ресурсов в водных объектах, а также их экологическое и водохозяйственное значение. Таким образом, он представляет собой количество воды, протекающее в русле за какой-либо промежуток времени [1].
В практике гидрологических и водохозяйственных расчётов выделяются: слой, модуль, объём стока, а также расходы (срочные, среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые, максимальные, минимальные и др.) воды.
Слой стока – это количество воды, равномерно распределённой по площади (в мм) водосбора за определённый промежуток времени.
Модуль стока отражает количество воды, стекающей с единицы площади водосбора за единицу времени, выражается в л /сек км2. Показатели слоя и модуля стока независимы от площади водосбора, потому их удобно отражать на картах в виде изолиний.
Расход воды представляет собой количество воды, протекающей через живое сечение русла (потока) за единицу времени, выражается в л /сек. (или куб. м/ сек.).
Объём стока - это количество воды, протекающей через расчётный створ за определённый промежуток времени. Между расходом (Q) и объёмом (W) воды, протекающей за какой-либо период времени (t),существует связь, которая выражается в виде:
W = Q · t.
Следует отметить, что показатели расходов и объёмов воды по любому расчётному створу (или территории) отражают величины водных ресурсов, потенциально возможных для использования в хозяйственных целях. В ряде случаев в практике водохозяйственных расчётов к водным ресурсам территории относят запасы поверхностных и подземных вод, понимая при этом величину годового стока. Однако любой водный объект в природе, в том числе и реки, представляют собой не только то или иное количество имеющейся воды. Они образуют неотъемлемую часть ландшафта, а количественные и качественные характеристики природных вод жизненно необходимы живым организмам, в том числе гидробионтам, представленным различными видами, группами и классами, обитающими в водных объектах. Таким образом, при таком подходе под природными водными объектами следует понимать аквальные комплексы, сформировавшиеся на суше в определённых физико-географических условиях в результате аккумуляции воды и характеризующиеся специфическими особенностями. Они представляют собой открытую систему, состоящую из абиотических компонентов и биоты. Абиотические факторы (солёность, прозрачность, температура, количество воды, наличие растворённого кислорода газов и др.), а также их изменчивость во времени являются предпосылкой для развития в них соответствующих экосистем, состоящих в целом из сообщества живых организмов и среды их обитания, объединённых в единое функциональное целое. Целостность в них формируется на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.
Исходя из этих точек зрения, в реках следует выделять (в составе речного стока) экологические (максимальные и минимальные) расходы воды, а также естественные эксплуатационные ресурсы. При этом следует понимать, если экологические расходы необходимы для сохранения экосистем, то естественные эксплуатационные расходы воды, как разница между общими показателями стока и экологическими расходами воды, могут быть использованы в хозяйственных целях без существенного ущерба водным экосистемам.
Наблюдения по рекам РБ заметно дифференцируются. Так, если большие и средние реки обеспечены надежной гидрометрической сетью и продолжительностью наблюдений, то на малых реках функционируют лишь единичные посты.
В пределах Башкортостана первые гидрометрические наблюдения организованы на реке Белой: у г. Уфы в 1877 г., у г. Бирска и с. Андреевки – 1880 г. На реках Ашкадар (г. Стерлитамак), Уфа (с. Караидель, пгт. Красный Ключ) и Сим (г. Аша) водомерные посты действуют соответственно с 1911, 1912, 1914 гг. Из значительного количества станций и постов, действовавших в различное время, наиболее продолжительные ряды наблюдений имеются по рекам Урал, Сакмара, Бол. Ик, которые в совокупности с сетью наблюдений и на остальных притоках позволяют раскрыть особенности гидрологического режима рек с достаточной надежностью [1].
1.2 Анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан
1.2.1 Водохранилища: общие положения, типы и параметры
Водохранилищем называется искусственный водоем, образованный водонапорным сооружением в целях хранения воды и регулирования стока специальными сооружениями. Общий объем водохранилищ мира составляет примерно 6000 км3. Общее их число достигает 30 тыс. Ежегодно появляется до 500 новых водохранилищ.
Наиболее важные особенности водохранилищ: их следует рассматривать как сложные природно-технические комплексы; они воздействуют на окружающую среду с возможными как благоприятными, так и неблагоприятными последствиями; им присущи все наблюдаемые внутриводоемные процессы – гидрологические, гидрофизико-химические и гидробиологические; при них формируются водохозяйственные комплексы (ВХК) – отрасли народного хозяйства, предъявляющие различные, часто противоречивые требования к использованию водохранилищ [3].
Более 30 тыс. водохранилищ земного шара, эксплуатируемых в настоящее время, существенно различаются между собой по параметрам, режимным характеристикам, направлению хозяйственного использования и воздействию на окружающую среду. В основу типизации водохранилищ может быть положен, прежде всего, признак генезиса, указывающий на способ их образования:
· водохранилища в долинах рек, перегороженных плотинами;
· наливные водохранилища;
· зарегулированные озера;
· водохранилища в местах выхода грунтовых вод и в карстовых районах;
· водохранилища прибрежных участков моря и эстуариев [3, 4].
В зависимости от рельефа местности различают водохранилища равнинных, предгорных, плоскогорных и горных областей. В зависимости от геометрических параметров водохранилища подразделяются по объему и площади зеркала (табл. 6) и по глубине: исключительно глубокие (более 200 м); очень глубокие (100-200 м); глубокие (50-99 м); средней глубины (20-49 м); неглубокие (10-19 м); мелководные (менее 10 м). Наиболее глубокие: Нурекское (глубиной около 300 м) и Рогунское ( глубиной более 300 м) [3].
Таблица 1 - Классификация водохранилищ по размерам
| Тип водохранилища | Объем, км3 | Площадь зеркала, км2 | Отношение к общему числу водохранилищ, % |
| Крупнейшее | Более 50 | Более 5000 | Менее 0,1 |
| Очень крупное | 50-10 | 5000-500 | 1 |
| Крупное | 10-1 | 500-100 | 5 |
| Среднее | 1-0,1 | 100-20 | 15 |
| Небольшое | 0,1-0,01 | 20-2 | 25 |
| Малое | Менее 0,01 | Менее 2 | 44 |
Водохранилища могут быть в виде крытых резервуаров, открытых бассейнов типа прудов-копаней, лиманов, и водоемов, образованных плотинами. Крытые резервуары, открытые бассейны и лиманы обычно отличаются незначительным объемом. Плотинные водохранилища отличаются значительным объемом и возможностью сезонного и многолетнего регулирования стоков.
Водохранилище плотинного типа имеет следующие элементы: плотина, водозаборные сооружения для изъятия необходимого количества воды, водосбросные устройства для сбросов излишков воды, устройства для промыва насосов при значительном количестве последних [5]. Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды – сработкой водохранилища. Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). На нормальный подпорный уровень рассчитываются как сооружения инженерной защиты, так и все промышленные, транспортные и другие сооружения, располагающиеся на берегах водохранилища. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, а находящийся ниже УМО, называется мертвым. При паводке редкой повторяемости (раз в сто, тысячу или десять тысяч лет), уровни воды на всем водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину. Одновременно увеличивается пропускная способность гидроузла. Подъем уровня выше НПУ в период прохождения высоких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водохранилища, а сам уровень – форсированным подпорным (ФПУ), или катастрофического паводка [4].
Для выполнения водохозяйственных расчетов требуется наличие топографической (кривая зависимости площадей зеркала водохранилища от его наполнения), объемной и экономической (изменение стоимости водохранилища с изменением глубины) характеристик водохранилища, составляемых после окончательного определения местоположения плотины [6].
Водохранилища Республики Башкортостан
В настоящее время реки республики характеризуются достаточной зарегулированностью. Преимущественным назначением существующих водохранилищ и прудов является обеспечение потребностей водоснабжения, а также орошаемого земледелия, гидроэнергетики и рыбного хозяйства.