Оценка емкости водохранилища и его водоотдачи

Общие положения. В этом разделе рассматриваются достижимая водоотдача водохранилища и запасы воды, необходимые для поддержания определенной водоотдачи в отношении систем водных ресурсов.

Упор делается на поверхностные воды, хотя во всех случаях необходимо помнить о гидрологических взаимосвязях между поверхностными и почвенно-грунтовыми водами, которые просто представляют собой различные формы одного и того же ресурса в гидрологическом цикле. Большинство принципов объясняется на примерах систем одной реки и одного водохранилища, хотя также рассматриваются и подходы к работе со сложными системами водных ресурсов, состоящими из нескольких водохранилищ в различных бассейнах.

Водоотдача системы водных ресурсов — это объем воды, который может быть извлечен с определенным расходом в течение определенного периода времени. Как правило, выражается в виде годового объема в млн м³ в год. Расход извлекаемой воды может варьироваться в течение года в зависимости от предполагаемого использования.

Для бытовых, промышленных и горнодобывающих нужд вода требуется с относительно постоянным расходом в течение всего года, тогда как потребность в воде для орошения характеризуется значительной сезонностью. Природные водотоки, напротив, гораздо более изменчивы по водности. Реки обычно характеризуются сильной сезонностью естественного стока, которая усугубляется внутрисезонными колебаниями стока и изменчивостью общего объема годового стока.

Если расход отводимой воды принять постоянным, то самая высокая водоотдача незарегулированной реки равна наименьшему стоку в реке, как это показано на рисунке II.4.3. Путём регулирования стока в реке с помощью плотин можно аккумулировать воду во время паводков, чтобы сбрасывать ее в период межени, как это показано пунктиром на диаграмме.

Рисунок II.4.3. Речной сток и его аккумуляция

Это увеличивает количество воды, которое можно извлекать постоянно, и, следовательно, водоотдачу. Чем больше водохранилище, тем больше водоотдача, которая может быть достигнута при ограниченных физических характеристиках системы. Большую годовую водоотдачу можно получить и там, где сезонные требования хорошо коррелируют с характеристиками стока. Для удобства описания речь будет идти и далее о постоянном расходе отводимой воды, если только не указано иное.

В районах, где средний годовой сток или средний годовой расход сильно превышает потребности к воде, но где минимум стока может быть ниже требуемой нормы отведения, в центре внимания, как правило, оказывается определение емкости водохранилища, необходимого для поддержания заданной водоотдачи в период низкого стока.

Так как сток меняется из года в год, периоды низкого стока (как и наводнения) не всегда бывают одинаковой интенсивности и продолжительности. Поэтому следует рассмотреть вопрос о том, будет ли экономически правильно проектировать водохранилище той емкости, которая позволит поддерживать его водоотдачу даже при самых суровых условиях низкого стока (засухе), или же экономически более верным является создание меньшего водохранилища, и, таким образом, придется согласиться с периодической нехваткой воды (относительно полной водоотдачи). Таким образом, задача состоит в том, чтобы взвесить ожидаемые выгоды и риски, а также связанные с ними затраты и стоимость водохранилища.

Там, где сток ограничен, или там, где водные ресурсы уже интенсивно используются, внимание больше смещается в сторону оптимального использования воды и водоотдачи, которой можно достигнуть с помощью различных емкостей, нежели в сторону определения емкости, необходимой для поддержания желаемой водоотдачи. В таких случаях оптимизация ресурсов добавляет еще одну сторону исходной проблеме противопоставления риска и оптимизации стоимости.

По причине высокой степени освоения водных ресурсов и их эксплуатации в большинстве районов мира оптимизация имеющихся ресурсов становится все более важной. Далее уделяется должное внимание аспектам оптимизации ресурсов.