Водохранилища - ключевые, базовые элементы гидротехнических и водохозяйственных систем любого ранга, поскольку именно они позволяют осуществить регулирование водных ресурсов, преобразование гидросферы в желаемом для общества направлении.
К внутренним водоемам относят озера, лиманы, водохранилища, пруды. Водохранилища и пруды - очень похожие объекты. Разница между ними в размерах, но имеют значение и менее очевидные признаки. В разных странах приняты разные количественные критерии, отличающие водохранилища от прудов. В России и большинстве стран Западной Европы к водохранилищам относят водоемы емкостью более 1 млн. куб. м. Водохранилищами следует считать искусственно созданные долинные, котловинные и естественные озерные водоемы с замедленным водообменом, полным объемом более 1 млн. куб. м, уровенный режим которых постоянно регулируется гидротехническими сооружениями в целях накопления и последующего использования запасов вод для удовлетворения хозяйственных и социальных потребностей. Отметим, что использование водохранилищ связано не только с безвозвратным изъятием воды. Для рыбного хозяйства, рекреации, охлаждения агрегатов электростанций, поддержания гарантированных судоходных глубин в пределах водохранилища и т. п. нужна акватория и водная масса в целом, а не только полезный объем, т. е. ежегодно расходуемый запас воды.
У водохранилищ нет природных аналогов. Лишь по форме чаши с ними сходны завально-запрудные озера. Отметим наиболее важные особенности водохранилищ.
1. Водохранилища - антропогенные, управляемые человеком объекты, но они испытывают также и сильнейшее воздействие природных (прежде всего гидрометеорологических) факторов, поэтому как объекты изучения, использования и управления занимают промежуточное положение между «чисто природными» и «чисто техническими» образованиями. Это дает право именовать их природно-техническими системами.
2. Водохранилища заметно, а нередко и значительно воздействуют на окружающую среду, вызывая изменения природных и хозяйственных условий на прилегающих территориях. Естественно, что наряду с заранее запланированными благоприятными последствиями возникают также и последствия негативного, неблагоприятного характера.
3. Водохранилищам свойственна особая система так называемых внутриводоемных процессов - гидрологических, гидрофизико-химических и гидробиологических.
4. Водохранилища - водоемы, наиболее интенсивно используемые различными отраслями хозяйства. На каждом значительном водохранилище формируется водохозяйственный комплекс (ВХК). Среди компонентов ВХК, т. е. всех отраслей хозяйства, использующих водохранилище и реку в нижнем бьефе, выделяют участников ВХК - отрасли, заинтересованные в создании водохранилища и финансирующие его. Остальные отрасли используют водохранилище, поскольку оно существует. Участники ВХК предъявляют различные, а подчас и противоречивые требования к режиму использования водохранилищ.
5. Для водохранилищ как природно-хозяйственных объектов характерна чрезвычайно высокая динамичность развития (эволюции). Водохранилища следует рассматривать как природно-технические системы, комплексы, которые состоят из природной и технической подсистем, диалектически взаимодействующих между собой. Учет этого взаимодействия может существенно увеличить возможности рационального и комплексного использования водохранилищ, а игнорирование - привести к значительным потерям. Управляя технической подсистемой водохранилищ, человек может вызвать развитие таких процессов, явлений и эффектов в природной подсистеме, которые он пока не в состоянии предотвратить либо их преодоление требует значительных затрат трудовых и материальных ресурсов. Поэтому управляемыми объектами водохранилища можно считать лишь частично. Непосредственно и полностью человек управляет только запасами воды, а экосистемой и геосистемой водохранилища - частично и косвенно. Одна из принципиальных особенностей водохранилищ - высокой их динамичности как природно-хозяйственных объектов. Эта динамичность обусловлена тремя факторами: 1) изменчивостью гидрометеорологических процессов, определяющих гидрологический режим водоема; 2) стремительным изменением воздействия хозяйства на природную среду, в том числе и на водоемы; 3) изменениями по разным причинам режима эксплуатации водохранилищ. Совокупное воздействие указанных факторов приводит к тому, что водохранилища крайне редко можно считать стационарными объектами, эволюцию которых легко и однозначно определить на основе прошлой предыстории. Поэтому если и говорится о каком-либо равновесном состоянии водохранилищ, то всегда подразумевается динамическое равновесие их как природно-хозяйственных объектов, которое может резко нарушиться при изменении любого из указанных выше факторов. Динамичность водохранилищ проявляется во всех их характеристиках, но, пожалуй, наиболее ярко - в процессах формирования берегов, изменении качества воды, структуры и продуктивности водных и наземных (в береговой зоне) экосистем. В специальной литературе иногда даже употребляется термин «эволюция водохранилищ», однако если эволюция озер продолжается в течение многих сотен и тысяч лет, то в водохранилищах существенные изменения основных процессов и явлений происходят, по крайней мере на порядок быстрее. Если в озерах изменения носят постепенный и направленный («правильный») характер, то водохранилища развиваются циклически и скачкообразно в соответствии с соотношением изменений ведущих факторов. Главная цель создания водохранилищ - регулирование стока. Оно делается в основном в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.
Для этого в водохранилищах аккумулируется сток в одни периоды года и отдается накопленная вода в другие периоды.
Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды - сработкой водохранилища. Как наполнение водохранилища, так и его сработка производятся всегда до более или менее определенных уровней. Нормальный подпорный уровень (НПУ) - высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени. Min уровень водохранилища, до которого возможна его сработка в условиях нормальной эксплуатации называется уровнем мертвого объема (УМО). V воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным. В отдельные годы за счет интенсивного снеготаяния, осадков и экстремальных сбросов воды из вышележащих в нижележащие водохранилища наблюдается временное повышение уровня до отметки форсированного подпорного уровня (ФПУ). На водохранилищах, используемых для водного транспорта или лесосплава, сработка уровня в период навигации ограничивается уровнем, при котором речной флот по состоянию глубин может продолжать нормальную работу. Этот уровень, находящийся между НПУ и УМО, называется уровнем навигационной сработки (УНС). Уровни воды, в особенности при НПУ и ФПУ, у плотины, в средней и верхней зонах водохранилища не одинаковы. Если у плотины уровень соответствует отметке НПУ, то по мере удаления от нее он повышается вначале на сантиметры, а затем и на десятки сантиметров, а в отдельных случаях и на один-два метра. Это явление носит название кривой подпора.
