Водохрани́лище, искусственный водоём, созданный для накопления и последующего использования воды и регулирования стока. Большинство водохранилищ образовано в долинах рек при сооружении гидроузлов, состоящих из плотин и водопропускных устройств (водоводов, водосливов, шлюзов) с затворами, при помощи которых регулируется расход сбрасываемой через гидроузел воды.

Древнейшие водохранилища для обеспечения водой населения и сельского хозяйства, обнаруженные по остаткам плотин, существовали в Египте около 3 тыс. лет до н. э., а одним из первых считается водохранилище с плотиной Садд-эль-Кафара (2970–2750 гг. до н. э.). Из действующих гидроузлов самый старый в мире – Хомс, сооружённый в 1304 г. до н. э. на реке Эль-Аси (Оронт), – находится на территории современной Сирии у г. Хомс с питьевым водохранилищем объёмом 0,2 км³. В России старейшее водохранилище Алапаевское создано в 1704 г. на Урале на реке Нейва (в месте впадения в неё реки Алапаиха) при строительстве металлургического завода. Развитие в 20 в. гидроэнергетики, ирригации и водного транспорта привело к быстрому увеличению числа крупных водохранилищ. В 2020-х гг. в мире насчитывается свыше 60 тыс. водохранилищ, общая площадь которых более 400 тыс. км² (с учётом подпруженных озёр – 600 тыс. км²), суммарный полный объём 6,6 тыс. км³. В России, по оценкам К. К. Эдельштейна, более 2,250 тыс. водохранилищ.

Водохранилища создаются для решения одной, нескольких или комплекса проблем регионов, основные из которых – водоснабжение (питьевое, коммунально-бытовое, промышленное), энергетика, ирригация, водный транспорт, борьба с наводнениями, рыбное хозяйство, рекреация, и рассчитываются на накопление воды в период наполнения и сброс в период сработки. Большинство водохранилищ становятся водоёмами комплексного использования несколькими отраслями водного хозяйства и создаются различных размеров как по площади водного зеркала, так и по объёму. В России и большинстве стран мира водохранилищами, в отличие от прудов, считаются искусственные водоёмы ёмкостью более 1 млн м³ (например, водоём площадью более 0,5 км² и средней глубиной 2 м).

Классификации водохранилищ

Водохранилища могут быть подразделены на типы по морфологическому строению ложа (занятое водой естественное понижение земной поверхности), способу заполнения водой, географическому положению, месту в бассейне реки, характеру регулирования стока.

Верхневолжское водохранилище. Озеро Пено (Тверская область). Фото: Photopotam / Alamy / legion-media.ruВерхневолжское водохранилище. Озеро Пено (Тверская область). Фото: Photopotam / Alamy / legion-media.ruПо морфологическому строению ложа выделяются долинные (речные), котловинные (озёрные) и котловинно-долинные водохранилища. Долинные образуются после строительства на реке плотины, ложем им служит часть речной долины. Для этих водохранилищ характерно наличие уклона дна и возрастание глубин от верхней части водоёма к плотине. Подразделяются, в свою очередь, на русловые (в пределах русла и низкой поймы) и пойменно-долинные (включают русло, высокую пойму, иногда участки надпойменных террас). К котловинным водохранилищам относятся расположенные в озёрных котловинах или изолированных низинах и впадинах водоёмы, уровень воды в которых поднят плотиной гидроузла. К ним также причисляют заливы, лиманы, лагуны, отгороженные от моря дамбами, и эстуарии (морские водохранилища), отделённые плотинами приливных гидроэлектростанций. Водохранилища котловинно-долинного типа состоят из находящегося в подпоре озера и затопленного водой участка долины.

По способу наполнения водой водохранилища подразделяются на запрудные, которые заполняются водами водотока, и наливные, в которые вода подаётся по каналу или трубе из соседнего водного объекта (например, водохранилища гидроаккумулирующих электростанций).

По географическому положению выделяются горные (высота напора до 300 м и более), предгорные (50–100 м), равнинные (до 50 м) и приморские (несколько метров) водохранилища. Примерами высоконапорных горных водохранилищ служат Нурекское и Рогунское на реке Вахш в Таджикистане; предгорных – Красноярское, Братское, Усть-Илимское, равнинных – водохранилища Волжского каскада в России; приморского – Эйсселмер (Нидерланды). В зависимости от местоположения в бассейне реки водохранилища бывают верховые и низовые. Система водохранилищ на реке именуется каскадом.

Нурекское водохранилище (Таджикистан).Нурекское водохранилище (Таджикистан).По характеру регулирования стока выделяются водохранилища суточного, недельного, сезонного (или годичного) и многолетнего регулирования. 

Основные параметры водохранилищ

Форма водохранилища определяется характером заполнения естественного понижения водой – долинные имеют вытянутую, как правило расширяющуюся по направлению к плотине форму, котловинные – озёровидную форму. Основные морфометрические характеристики водохранилища – площадь его поверхности и объём (наиболее важные), протяжённость береговой линии (по урезу воды), длина и ширина, средняя и максимальная глубина. Форма водохранилища и морфометрические характеристики изменяются с изменением уровня воды водоёма.

Параметры (характеристики) водохранилища и конструктивных элементов гидроузла рассчитываются при создании искусственного водоёма в зависимости от задач регулирования стока, природных условий (рельефа местности, её геологического строения, почвенно-растительного покрова, климата, многолетних колебаний стока воды, наносов и растворённых веществ) и хозяйственной освоенности территорий (в том числе наличие в её пределах памятников культуры и охраняемых природных объектов). С учётом перечисленных факторов определяются высотные отметки нормального (НПУ) и форсированного (ФПУ) подпорного уровня воды. НПУ – отметка (м) полного наполнения водохранилища в обычных условиях; достигается к концу периода наполнения, может поддерживаться плотиной в течение длительного времени, при котором использование водных ресурсов водохранилища наиболее эффективно. Как правило, площадь водной поверхности водохранилища исчисляется для НПУ.

Попуски воды на Красноярской ГЭС, река Енисей, Красноярское водохранилище (Красноярский край).Попуски воды на Красноярской ГЭС, река Енисей, Красноярское водохранилище (Красноярский край).ФПУ – отметка (м) уровня, до которой допускается временный подъём водной поверхности в случае непредсказуемо высокого половодья или паводка. Опорожнение водохранилища, максимально доступное при регулировании уровня, определяет горизонт сработки или уровень мёртвого объёма (УМО) – предельно возможное снижение уровня воды в водохранилище, сработка ниже которого невозможна. Запас воды, находящийся под НПУ, называют полным объёмом, а между НПУ и УМО – полезным объёмом водохранилища, который используется для регулирования стока и периодической сработки. Объём воды, заключённый между НПУ и ФПУ, – резервный объём. Часть водохранилища, примыкающая к плотине (или шлюзу) и расположенная выше неё, именуется верхним бьефом, расположенная ниже – нижним бьефом.

Для обеспечения колебаний уровня воды в заданных пределах рассчитываются экстремальные значения расхода воды через гидроузел. Минимальный санитарный расход требуется для благополучия речной экосистемы в нижнем бьефе гидроузла, а максимальный должен быть таким, чтобы возможно было в любое наводнение предотвратить перелив воды через плотину и её разрушение. Проект строительства водохранилища осуществляется лишь после завершения его гидротехнической, экономической и экологической экспертизы.

Самый большой полный (2760 м³) и полезный (204,8 км³) объёмы, а также площадь (76 тыс. км², из которых 68 тыс. км² – площадь подпруженного озера) имеет водохранилище котловинного типа Виктория, образованное гидроузлом Оуэн-Фолс, построенным в 1954 г. в истоке Белого Нила и поднявшим уровень воды в озере Виктория. Среди других наиболее крупных водохранилищ котловинного типа можно выделить Иркутское, включающее озеро Байкал – полезный объём 31,5 км³ и площадь 32,96 тыс. км², Онтарио – 29,9 км³, 19,56 тыс. км², и Онежское (Верхнесвирское) – 13,1 км³, 9,93 тыс. км².

Иркутское водохранилище. Озеро Байкал, остров Ольхон (Иркутская область).Иркутское водохранилище. Озеро Байкал, остров Ольхон (Иркутская область).Среди долинных водохранилищ самое большое по площади водной поверхности (8,48 тыс. км²) – Вольта с гидроузлом Акосомбо на реке Вольта в Гане, по величине полного объёма – Братское (169,3 км³) на реке Ангара. В таблице представлены сведения о других наиболее крупных по объёму и площади водохранилищах долинного типа.

Крупнейшие по площади водной поверхности и объёму долинные водохранилища мира

Крупные проекты по созданию водохранилищ осуществимы в малонаселённых районах. Потребность в регулировании стока в густонаселённых регионах обеспечивается сложными водохозяйственными системами, состоящими из нескольких водохранилищ (каскадов). В этом случае важнейшими факторами экологического состояния водохранилищ становятся не природные особенности географического положения, а место создаваемого водоёма в реконструируемой гидрографической сети. В таких системах особенно важна роль самых верхних или наиболее крупных водохранилищ как регуляторов сезонных и многолетних колебаний речного стока, обеспечивающих стабильность работы остальных. Такими водоёмами-регуляторами, например в Волжско-Камском каскаде, служат Рыбинское, Камское и Куйбышевское водохранилища.

Рыбинское водохранилище (Ярославская область). Фото: Maykova Galina / ShutterstockРыбинское водохранилище (Ярославская область). Фото: Maykova Galina / Shutterstock

Влияние водохранилищ на природную среду

Гидрологическая особенность всех водохранилищ по сравнению с природными озёрами – существенно больший размах колебаний уровня воды, обусловленный искусственным регулированием наполнения и сработки водоёма. В период наполнения (многоводные фазы водного режима – половодье, паводки) уровень воды в водохранилище может подняться на значительную величину (иногда от УМО до НПУ), а в период сработки (маловодные фазы – межень), когда потребление ресурсов на хозяйственные нужды и санитарные попуски превосходят их пополнение меженным стоком, – снизиться на такую же величину. В равнинных водохранилищах величина сезонных колебаний уровня воды обычно составляет 7–10 м, в предгорных – 15–30 м, в горных – 50–100 м и более. При сработке полезного объёма воды наиболее мелководные участки ложа обсыхают. Для водохранилищ, как и для озёр, характерно волнение, сгонно-нагонные колебания уровня, плотностные и ветровые течения. Особенность термического режима водохранилищ – наличие температурной стратификации вод в слабопроточных участках (озёрный тип). На замерзающих водохранилищах в период ледостава дно мелководий покрывается оседающим ледяным покровом. На равнинных водохранилищах размер таких участков в маловодные годы может достигать 30–50 % площади ложа водохранилища при НПУ.

Река Кама. Воткинское водохранилище. Фото: Dudarev Mikhail / ShutterstockРека Кама. Воткинское водохранилище. Фото: Dudarev Mikhail / ShutterstockХарактерная особенность водного баланса водохранилища – преобладание притока речных вод в приходной части и стока вод в нижний бьеф в расходной части уравнения водного баланса. На долю выпадающих на поверхность водоёма атмосферных осадков в большинстве случаев приходится 2–3 % прихода вод, а на испарение – 10 % расхода вод. Исключение составляют либо очень крупные водохранилища, либо расположенные в районах со значительными осадками и испарением. Например, на долю осадков в водохранилище Вольта приходится 22 % приходной части водного баланса (годовая величина осадков 1400 мм), а на долю испарения – 25 % расходной части (1,570 тыс. мм). Существенная доля испарения характерна для водохранилищ, расположенных в аридном (засушливом) климате. Интенсивность водообмена для водохранилищ обычно больше, чем для озёр, а период условного обновления вод составляет примерно от 3 лет до 6–10 месяцев.

Водохранилища выступают аккумуляторами наносов, поступающих с речным стоком. Поэтому для водохранилищ характерны процессы заиления (отложение мелких – взвешенных наносов) и занесения (отложение крупных – влекомых наносов), интенсивность которых зависит от стока наносов реки и объёма водохранилища. В результате заиления в водоёме формируется толща донных отложений.

Саяно-Шушенская ГЭС (Республика Хакасия). Саяно-Шушенская ГЭС (Республика Хакасия). Сооружение водохранилищ неизбежно оказывает влияние на реки и природную среду. Они замедляют водообмен в гидрографической сети речных бассейнов, вызывают изменения величины речного стока и его внутригодового распределения, термического и ледового режима, режима подземных вод, тектонические, микроклиматические и гидробиологические изменения (в том числе цветение воды), приводят к затоплению и подтоплению земель, размыву берегов, ухудшают условия прохода на нерест многих пород рыб. В то же время сооружение водохранилищ помогает решить проблемы водоснабжения, производства дешёвой электроэнергии, работы водного транспорта, защиты от наводнений (даже во время самых катастрофических половодий или паводков) и предупреждения ледяных заторов, повышения биопродуктивности и улучшения рекреационных условий. При этом водохранилища как регулируемые источники водных ресурсов в хозяйственно освоенных регионах мира имеют экологически важное водоохранное значение, поскольку обладают способностью экосистем восстанавливать природные свойства загрязнённых водных ресурсов. Замедление водообмена и расширение водной поверхности на превращённых в водоёмы участках гидрографической сети речного бассейна способствуют многократному увеличению её биологических ресурсов. Процессы жизнедеятельности биоты водохранилищ приводят к окислению органических загрязняющих веществ, ускоряют сорбцию растворённых минеральных и недоокисленных органических веществ на взвесях, их осаждение и захоронение в составе донных отложений. Высшая водная растительность (макрофиты), способствующая очищению воды, служит субстратом для нереста многих видов рыб и наилучшим местообитанием мальков. Для эффективного самоочищения экосистемы водохранилища и наибольшей его рыбопродуктивности площадь зарослей макрофитов должна составлять 15–20 % акватории водоёма.

Угличское водохранилище в районе города Калязин (Тверская область). Фото: Detyukov Sergey / ShutterstockУгличское водохранилище в районе города Калязин (Тверская область). Фото: Detyukov Sergey / ShutterstockДля предотвращения нежелательных последствий и максимального использования положительного эффекта от создания водохранилища проводятся различные мероприятия как на этапе создания водоёма, так и при дальнейшей его эксплуатации. При создании водохранилищ из зоны затопления переносят населённые пункты, промышленные и транспортные объекты, а также места захоронения людей и скотомогильники, отходы предприятий, проводят лесоочистку и санитарно-гигиенические мероприятия. В период эксплуатации водохранилищ ведётся контроль за размещением на их побережьях городов и промышленных объектов, за регулированием спуска сточных вод, осуществляется инженерная защита территорий и объектов (населённых пунктов, предприятий, мостов, сельскохозяйственных угодий), создание водоохранных и рекреационных зон.