10903

рис. 17.11, более оптимистичную по сравнению с линейным трендом, показанным на рис. 17.10 [189].

Метод использован для выявления общих закономерностей изменения объемов, площадей водного зеркала, длин береговых линий российских водохранилищ [538; 539; 576].

Потеря объема больших равнинных водохранилищ европейской территории России. Целенаправленные исследования потерь объема большими российскими водохранилищами предстоит еще провести. Вместе с тем фрагментарные данные по 14 водохранилищам из ряда источников удалось извлечь. Они сопряжены в пространстве и времени и сведены в табл. 17.7. Ради обобщения к ним добавлены данные по 6 водохранилищам Украины.

Среди больших равнинных водохранилищ ЕТР наименьшей процентной потерей полного объема отличается Чебоксарское водохранилище Волжского каскада; Цимлянское водохранилище на Дону по потерям объема близко к водохранилищам Днепровского каскада в Украине; Новосибирское водохранилище находится восточнее ЕТР и его можно было бы рассматривать в группе равнинных и предгорных водохранилищ Сибири, но данные о потерях объема большинством из них сегодня отсутствуют.

Выборка из 45 значений (см. табл. 17.7) позволила выявить общую закономерность потери емкости равнинных водохранилищ с возрастом. Динамическая модель процесса синтезирована из 5 трендов, среди которых наиболее значимым по весовому коэффициенту явился линейный тренд, и представлена графически на рис. 17.12.

Рис. 17.12. Общая закономерность потери полного объема больших равнинных водохранилищ Европейской территории России и Украины в зависимости от возраста. Исходные данные в табл. 17.7 [539]

70

Т а б л и ц а 17.7

Потери с возрастом полного объема больших (больше 1 км3) эксплуатируемых равнинных водохранилищ Европейской части России и Украины [539]

71

Она показывает уменьшение полного объема равнинных водохранилищ на 0,031 % в год с очень слабо затухающей интенсивностью. Это существенно меньше, чем для водохранилищ мира (0,77 – 0,12 % в год) [486] и меньше, чем предполагалось прогнозами 1970-х гг. для равнинных водохранилищ России емкостью 40 – 70 % от среднегодового стока рек (0,1 – 0,5 % в год) [262]. Но потеря объема водохранилищ с многолетними сроками эксплуатации уже ощутима.

Волжско-Камский каскад. Строительство водохранилищ каскада было начато с Иваньковского на р. Волге, наполненного в 1937 г. Вслед за вводом в эксплуатацию они стали терять проектный объем. Разрешим два вопроса.

1.Какого суммарного полного объема водохранилищ лишился Волж- ско-Камский каскад за прошедший период и лишится в предстоящие годы.

2.Каковы потери суммарного полезного объема, существенно значимые для энергетических водохранилищ каскада.

По выборке из 25 точек (см табл. 17.7) синтезирована кривая потери полного объема 10-ю водохранилищами каскада (за исключением Нижнекамского из-за отсутствия данных) за период эксплуатации с 1937 г. по 2011 г. и далее до 2030 г. (рис. 17.13). Потеря к 2011 г. составила 5,285 км3 или 3,15 % суммарного проектного объема водохранилищ каскада (167,31 км3), что больше полных объемов таких водохранилищ, как Иваньковское (1,2 км3), Угличское (1,245 км3), Нижнекамское (2,8 км3), Чебоксарское (4,6 км3). К 2030 г. потеря полного объема водохранилищ Волжско-Камского каскада составит 5,80 км3 [539].

Полезные объемы 6 водохранилищ каскада за время эксплуатации уточнялись единожды в 2008 – 2010 гг. в составе работ по уточнению их морфометрических параметров, у 2 водохранилищ полезные объемы отсутствуют из-за недонаполнения, по 3 водохранилищам никогда не уточнялись (табл. 17.8). В отсутствие части данных удалось предпринять лишь грубую оценку. Потеря полезного объема 6 исследованных водохранилищ к 2008 – 2010 гг. составила 1694,7 млн м 3 или 4,92 % от их суммарного проектного полезного объема, равного 34435 млн м3. Если распространить полученные 5 % на все водохранилища каскада, имеющие суммарный полезный объем 66435 млн м3, то его потеря в целом по каскаду к настоящему времени составила не менее 3000 млн м3. Это равносильно исключению из каскада примерно такого водохранилища, как Горьковское (Wполезн.= 2780 млн м3).

72

Рис. 17.13. Хронологические графики частных потерь и синтезированная кривая общей потери полного объема водохранилищ Волжско-Камского каскада [539]

73

А с учетом неиспользуемых полезных объемов Чебоксарского (5400 млн м3) и Нижнекамского (4400 млн м3) водохранилищ, Волжско-Камский каскад сегодня недосчитывает 12800 млн м3 проектного полезного объема.

Уменьшение объемов водохранилищ пора, наверное, учитывать в работе ГЭС каскада.

Таблица 17.8

Потери со временем полезного объема водохранилищ Волжско-Камского каскада [539]

Заметим, что у Цимлянского и Новосибирского равнинных водохранилищ потери полезных объемов за пройденные годы эксплуатации в процентном исчислении оказались меньше, чем у водохранилищ Волжско–Кам- ского каскада: соответственно 2,13 % (246 млн м3) за 1952 – 2010 гг. [460; 503] и 2,24 % [100 млн м3] за 1959 – 2009 гг. [265; 667].

Изменение длины береговой линии больших равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации. По представлению 1970-х

гг. [7; 286; 510; 673; 714], перешедшему в публикации 2000-х гг. [112; 417], вследствие планового выравнивания со временем берегов водохранилищ длина береговой линии должна сокращаться. Количественные данные об этом по нескольким водохранилищам за 1950 – 1960-е гг. приводились в разделе 14.4. Но не отпал вопрос о поведении береговой линии водохранилищ в последующие годы эксплуатации.

В табл. 17.9 сведены данные современных изысканий ННГАСУ [103;

74

300; 392; 407; 519] и других организаций [265; 400; 401; 419; 667], отразив-

шие изменения, произошедшие с длиной береговой линии больших (>100 км2) водохранилищ за многолетний период. Сведения обладают относительной достоверностью, так как во всех случаях за первоначальную бралась проектная длина береговой линии, а определение современной длины выполнялось независимыми исследователями посредством ЦМР, строившихся практически одинаковыми средствами в схожих масштабах.

Таблица 17.9

Изменение длины береговой линии больших равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации [538]

*За вычетом 482,6 км береговой линии в верховье водохранилища, не учтенной в 1966 г. [400].

75

Обобщенные данные свидетельствуют, что из 14 исследованных водохранилищ к настоящему времени 10 имеют длину береговой линии больше проектной, 2 – меньше, на 2-х изменения за малостью не прослежены. Увеличение длины береговой линии против проектной зафиксировано от 1,47 % после 40 лет эксплуатации на Волгоградском водохранилище [419] до 62,6 % за 54 года на Камском водохранилище [400; 401]. Значительное превышение протяженности береговой линии Камского водохранилища над проектной исполнители связывают, в том числе, с уточнением ее конфигурации, особенно в верховьях крупных заливов [400]. Сокращение на четверть длины береговой линии Цимлянского водохранилища [510; 520] современными исследованиями не подтверждено [503] и в действующих Правилах [460] использована ее первоначальная длина.

Проследить динамику изменения во времени длины береговой линии конкретных водохранилищ из-за отсутствия промежуточных данных не представилось возможным, однако открывшееся обстоятельство ее увеличения на большинстве исследованных водохранилищ после значительного срока эксплуатации побудило интерес к синтезу общего тренда. Полученная в результате итоговая модель динамики процесса прочерчена на рис. 17.14.

Рис. 17.14. Показатели и общий тренд изменения длины береговой линии больших равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации:

1 – Иваньковское; 2 – Угличское; 3 – Рыбинское; 4 – Горьковское; 5 – Чебоксарское; 6 – Камское; 7 – Воткинское; 8 – Куйбышевское; 9 – Волгоградское; 10 – Цимлянское; 11 – Пензенское; 12 – Новосибирское; 13 – Усть-Хантайское; 14 – Вилюйское [576]

76

Модель определенно показала тенденцию постепенного увеличения длины береговой линии больших равнинных водохранилищ (в т.ч. в криолитозоне) после периода начальной эксплуатации до возраста 40 – 60 лет с интенсивностью 0,25 % в год.

Изменение площади зеркала больших равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации. Площадь водного зеркала водохра-

нилищ оконтуривается береговой линией при НПУ. На прежних принципах обобщена информация об изменении со временем площадей зеркала 12 больших равнинных водохранилищ (табл. 17.10). Из них по прошествии лет у 9 водохранилищ проявилось ее уменьшение, у трех увеличение, у одного изменение не прослеживалось. Синтез совокупности данных привел к динамической модели процесса, графически показанной на рис. 17.15. Построенная динамическая модель отразила общую тенденцию уменьшения площади зеркала больших равнинных водохранилищ на 5 – 7 % от проектной к 50 – 70–летнему рубежу эксплуатации.

Рис. 17.15. Показатели и общий тренд изменения площади зеркала больших равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации:

1 – Иваньковское; 2 – Угличское; 3 – Рыбинское; 4 – Горьковское; 5 – Чебоксарское; 6 – Камское; 7 – Воткинское; 10 – Цимлянское; 11 – Пензенское; 12 – Новосибирское; 13 – Усть-Хантайское; 14 – Вилюйское []

Выявленные общие тенденции (закономерности) увеличения длины береговой линии вместе с уменьшением площади зеркала больших равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации по совокупности данных до сих пор в научной литературе не отмечались. Аналитическая

77

связь длины береговой линии с площадью зеркала неосуществима. Уточнение их поведения является задачей натурных исследований за пределами охваченного количества и возраста водохранилищ [578].

Таблица 17.10

Изменение площади зеркала больших (> 100 км2) равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации [576]

Малые водохранилища ЕТР. Аналогично данным о больших водохранилищах обобщены показатели заиления и потерь полного объема 11 малых (<500 млн м3) водохранилищ бассейна р. Волги по исследованиям ННГАСУ 2000-х гг. [303; 592; 593]; сгруппированы сведения об интенсивности заиления и потерь объема 32 малых водохранилищ на равнинных пространствах ЕТР и прилегающих территорий других стран по опубликован-

ным материалам прошлых лет [24; 203; 223; 292; 404; 507; 516; 517; 518; 678; 713]. По выборке из 43 малых водохранилищ синтезирована общая закономерность потери их объема в зависимости от возраста (рис. 17.16). В соответствии с этой закономерностью группа водохранилищ федерального подчинения [479] объемом до 500 млн м3 каждое общей проектной емкостью примерно 16000 млн м3 за 25 лет эксплуатации лишается 16 % этой емкости, то есть 2560 млн м3 полного объема.

78

Приведенную закономерность можно использовать для грубой оценки потерь объема малых водохранилищ лесостепной и степной зон страны, уточняя по мере накопления данных натурных изысканий.

Рис. 17.16. Показатели и общий тренд потери с возрастом полного объема малых (< 500 млн. м3) водохранилищ на равнинных пространствах РФ и прилегающих территорий других стран [539; 576]

Таблица 17.11

Изменение площади зеркала малых равнинных водохранилищ за многолетний период эксплуатации