Водохранилища

Водохранилища — искусственные во­доемы с объемом воды более I млн м3, об­разованные в долинах рек в результате накопления воды перед плотиной. Они пе­рераспределяют (регулируют) речной сток во времени: как по сезонам, так и в многолет­нем разрезе. На крупных реках создаются ка­скады водохранилищ, причем наиболее опти­мальные условия для функционирования всей речной системы создаются тогда, когда подпор нижнего водохранилища достигает водохранилища, расположенного выше по те­чению (Волго-Камский каскад, Ангарский, Днепровский и др.). Малые водоемы, созда­ваемые в долинах ручьев и балках, называют­ся прудами, а в искусственных котлова­нах — копанями.

Участок реки выше плотины, на который распространяется влияние водохранилищ (включая их самих), называется верхним бье­фом, участок реки с измененными характери-

стиками морфологии и стока ниже плотины — нижним бьефом.

По форме в плане и по строению котло­вины водохранилища делят на речные и озер­ные. Речные образуются в результате затоп­ления долин рек (например, Саяно-Шушен-ское), озерные — при затоплении не только речных долин, но и прилежащих к ним водо­раздельных пространств (например, Рыбин­ское) и подтопления существующих озер (на­пример, Иркутское, включающее в себя озе­ро Байкал, уровень которого искусственно повышен на 2 м).

У водохранилищ двойственная при­рода: они совмещают в себе черты рек и озер. С рекой их сближает поступательное движение воды, с озером — замедленный во­дообмен. В крупных водохранилищах выделя­ют три части. Нижняя — приплотинная, са­мая глубокая, по режиму наиболее близка к озеру: здесь течение слабое, наблюдается рас-

слоение водной толщи по температуре. Сред­няя обладает промежуточным режимом. Верх­няя — наиболее мелководная, по режиму ча­ще напоминает реку, так как озерный режим здесь устанавливается только в период полно­го заполнения водохранилища на максималь­ную высоту; ее называют зоной переменно­го подпора.

Водохранилища обладают рядом особенно­стей: 1) они испытывают значительные изме­нения уровня воды в течение года, но свя­заны эти колебания не с природными факто­рами, а с искусственным регулированием сто­ка — накоплением и сбросом вод; 2) проточ-ность вод приводит к меньшему нагреву во­ды, чем в озерах; мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные — позже, чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек; 3) минерализация вод водохранилищ боль­ше, чем у рек, особенно в жарком поясе, где велико испарение; 4) у водохранилищ проис­ходит интенсивная деформация береговой зо­ны ветровыми волнами, преобразование кру­тых берегов идет по абразионному типу, по­логих — по аккумулятивному; 5) интенсивная аккумуляция наносов приводит к заилению во­дохранилищ: на горных реках они заиливают­ся быстро — за десятки лет вследствие обиль­ного стока наносов, на равнинных реках доль­ше — за сотни лет.

Ниже водохранилищ полностью меняется тепловой режим рек. Из крупных и глубоких водохранилищ в нижний бьеф, как правило, сбрасываются глубинные слои воды с темпе­ратурой, близкой к +4 °С. В результате ниже плотин температура воды в реках на большом расстоянии летом оказывается значительно меньше нормы, что делает невозможным ку­пание в них, а зимой в умеренном климате — выше нормы, из-за чего там образуются про­тяженные полыньи.

В настоящее время на земном шаре экс­плуатируется более 40 тыс. водохранилищ. Суммарная площадь их водного зеркала со­ставляет около 400 тыс. км. Самое большое по площади водохранилище — Вольта на ре­ке Вольта в Западной Африке — 8480 км²,

самое большое по объему воды (169,3 км³) — Братское водохранилище, самое глубокое (61 м) — Боулдер-Дам на реке Колорадо.

Водохранилища создаются обычно для мно­гих целей; в первую очередь это энергетика, так как ГЭС вырабатывают большое количе­ство дешевой и относительно чистой в эколо­гическом отношении электроэнергии. Благода­ря регулированию стока уменьшается риск на­воднений и поддерживается экологически необходимый уровень рек в течение меженно­го периода, что позволяет осуществлять бес­перебойное круглогодичное водоснабжение, орошение, обводнение территорий. Каскады водохранилищ на реках обеспечивают работу единых глубоководных транспортных магист­ралей. Водохранилища — зоны отдыха, рыбо­ловства, рыбоводства, разведения водоплава­ющей птицы. Нетрудно заметить, что, хотя все перечисленные задачи относятся к разным об­ластям деятельности человека, их решение мо­жет осуществляться только в комплексе, при учете взаимных требований, и в первую оче­редь требований экологии. К сожалению, на­ряду с положительным значением водохрани­лища вызывают нежелательные, но неизбеж­ные последствия: выше плотин — это затопление земель, прежде всего богатых пой­менных лугов; подтопление лесов, сельскохо­зяйственных угодий, городских территорий; за­болачивание земель выше плотины в зоне вли­яния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; ухудшение качества воды в во­дохранилищах из-за снижения естественной са­моочищающей способности и избыточного раз­вития сине-зеленых водорослей, что пагубно для обитающих в воде живых организмов. В нижних бьефах, наоборот, происходит вре­зание рек, вызывающее ухудшение условий во­доснабжения и судоходства; уровни грунтовых вод и частота затопления пойм снижаются, что приводит к остепнению пойм и потере их уро­жайности. Плотины водохранилищ препятст­вуют нересту рыбы, причиняя ущерб рыбовод­ству, и т. д. Крупные водохранилища оказы­вают влияние на климат прибрежных территорий, аналогичное влиянию озер.

Болота

Болота — избыточно увлажненные уча­стки суши с влаголюбивой растительностью со слоем торфа более 0,3 м, в результате чего основная масса корней растений не достигает подстилающего его минерального грунта. За­болоченные земли тоже избыточно увлажнен­ные участки поверхности, но с маломощным (менее 0,3 м) слоем торфа или даже без не­го, поэтому здесь между растениями и грун-

том осуществляется водно-солевой обмен. Это различие болот и заболоченных земель доволь­но условное, и точное разграничение их на ме­стности весьма затруднительно. Общая пло­щадь болот достигает почти 3 млн км², зани­мая около 2% территории суши.

Болота образуются двумя путями: при за­растании озер или в результате заболачива­ния плоских междуречий. Об эволюции озер

 

 

 

Рис. 100. Заболачивание водоразделов (по Л. К. Давы­дову). Стрелками показано направление грунтового по­тока. УГВ — уровень грунтовых вод

в гумидном климате и превращении их в бо­лота говорилось раньше (см. 15.3). Основной путь образования болот — заболачивание су­ши, которое начинается с появления периоди­ческого, а затем постоянного переувлажнения почвогрунтов (рис. 100). Заболачиванию спо­собствует климат — избыток влаги в резуль­тате обилия осадков или слабого испарения, высокий уровень грунтовых вод, характер грун­та — плохо проницаемые породы, вечная мерз­лота, спекшиеся на пожарищах породы, ухуд­шающие инфильтрацию воды, рельеф — пло­ские участки при неглубоком дренаже или понижения с замедленным стоком, продолжи­тельные половодья на реках и др. Леса из-за избытка влаги, а значит, анаэробных условий и кислородного голодания постепенно погиба­ют, что способствует еще большему забола­чиванию вследствие сокращения транспира-ции. На переувлажненных землях поселяется влаголюбивая растительность, приспособлен­ная к недостатку кислорода и минерального питания, и на смену гипновым мхам приходят различные виды сфагновых мхов. Моховая дер­нина, хорошо впитывающая и задерживающая влагу, напоминающая мокрую губку, способ­ствует еще большему заболачиванию суши. В связи с этим в дальнейшем именно расти­тельности принадлежит ведущая роль в забо­лачивании.

В условиях недостатка кислорода происхо­дит неполное разложение растительных остат­ков, которые, накапливаясь, образуют торф. Потому заболачивание всегда сопровождается торфонакоплением. Наиболее благоприятные условия для накопления торфа существуют в

лесах умеренного пояса, особенно в Западной Сибири, где в пределах лесоболотной зоны за­болоченность достигает 50 — 70%, а мощность торфа — 8—10 м. К северу и югу от лесной зоны мощность торфяной залежи сокращает­ся: к северу вследствие уменьшения прирос­та растительной массы в условиях холодного климата, к югу из-за более интенсивного раз­ложения растительных остатков в теплом кли­мате. В условиях жаркого влажного климата огромный прирост биомассы компенсируется интенсивным процессом распада отмерших растений и формирование торфяных болот практически не происходит, хотя вечнозеле­ные экваториальные леса переувлажнены, а в понижениях и долинах лежат сильно заболо­ченные земли.

Строение торфяной залежи болот, возник­ших на месте озер или суходолов, различно. Торфяники, образовавшиеся в результате за­болачивания озер, имеют под слоем торфа озерный ил — сапропель, а при заболачива­нии суши торф залегает непосредственно на минеральном грунте.

По характеру преобладающего водно-минерального питания и соот­ветственно по составу растительнос­ти болота подразделяют на два основных эко­логических типа: верховые и низинные.

Верховые (олиготрофные) болота питают­ся атмосферными осадками, бедными мине­ральными солями. Они обычно располагают­ся на водоразделах, поэтому их и называют верховыми. Растительность их бедна по видо­вому составу: преобладают сфагновые мхи, об­разующие сплошной ковер, произрастают ку­старнички — багульник, голубика, Кассандра, подбел, а также клюква, морошка, пушица од-ноколосковая, росянка и др., может расти уг-

нетенная сосна. Поверхность верховых болот выпуклая в центре, поскольку по краям луч­ше водообмен и активнее разложение мхов, а в центре идет интенсивное его накопление. Торф верховых болот можно использовать в качестве топлива, тем более что он малозоль­ный (2 — 4%), для приготовления торфонавоз-ных компостов, как сырье для химической про­мышленности.

Низинные (эвтрофные) болота располага­ются в понижениях рельефа: на поймах рек, в балках, в понижениях между холмами (по­этому их и называют низинными). В пониже­ниях неглубоко залегают и даже выходят на поверхность грунтовые воды, в котловины сте­кает вода с окружающих пространств, поймен­ные болота дополнительно подпитываются по­лыми водами, поэтому у низинных болот бо­гатое минеральное питание и как следствие — разнообразная растительность. Среди травя­нистых растений преобладают осоки, хвощи, камыш, тростник, рогоз, пушица многоколос­ковая, зеленые (гипновые) мхи, среди кустар­ников — ольха и ива, возможно произраста­ние березы. Торф низинных болот — прекрас­ное органическое удобрение. Использовать его в качестве топлива нецелесообразно, тем более что у него большая зольность (до 18%).

Переходные (мезотрофные) болота по ха­рактеру питания и растительности занимают промежуточное положение между низинными и верховыми. Эволюция болот сопровождает­ся превращением низинных болот сначала в переходные, а потом в верховые. Это проис­ходит потому, что в результате накопления тор­фа поверхность низинных болот повышается. На определенной стадии развития болотная растительность уже не может в полной мере использовать подземные воды, потом мине­ральное питание полностью прекращается, растения переходят на питание атмосферны­ми осадками, и низинное болото в конечном счете сменяется верховым.

Форма поверхности болот может быть раз-

личной: вогнутой, выпуклой, плоской. Харак­терными элементами микрорельефа поверхно­сти болот являются гряды — вытянутые воз­вышенные участки и мочажины — вытяну­тые пониженные обводненные участки между грядами шириной 5—6 м. Гряды и мочажины вытянуты перпендикулярно направлению наи­большего уклона поверхности болота и обыч­но располагаются концентрическими кругами вокруг самых высоких точек. К наноформам рельефа относятся кочки и понижения между ними, образование которых обусловлено не­равномерной усадкой и плотностью дернины. На болотах могут быть озера, водотоки и то­пи — переувлажненные участки с разжижен­ной торфяной залежью.

Болота представляют собой сложный при­родный комплекс, который можно рассматри­вать как систему вода — растительность—торф. Ведущим фактором служит избыток влаги, обусловливающий развитие специфической влаголюбивой растительности и определенный тип почвообразования с формированием тор­фяной залежи. Болотам принадлежит важная роль в природе. Они увлажняют воздух окру­жающих территорий, питают реки, являются местами произрастания ценных видов расте­ний (клюквы, морошки, голубики и др.) и оби­тания многих видов животных, особенно птиц. Люди используют болота. На них разрабаты­вают торф, который применяется в качестве топлива, удобрения и химического сырья. На болотах собирают ягоды, лекарственные рас­тения. Частично низинные болота осушают и превращают в сельскохозяйственные угодья, которые отличаются высоким плодородием. Но следует помнить, что не все болота подлежат осушению, часть из них надо сохранять, что­бы не нарушить сложившихся в природе вза­имосвязей. Это касается прежде всего верхо­вых болот, поскольку велико их гидрологиче­ское влияние на речной сток, особенно тех рек, средние и нижние отрезки которых ле­жат в зонах недостаточного увлажнения (на­пример, Днепр, Волга и др.).