ПРУДЫ И ВОДОХРАНИЛИЩА

Заметным элементом гидрографической сети, особенно в пос­ледние десятилетия, стали пруды и водохранилища. В настоя­щее время нет единого, принятого во всех странах определения водохранилищ и четкого их разграничения с прудами. По мне­нию А. Б. Авакяна [1], водохранилищами следует считать искус­ственные и естественные водоемы с замедленным водообменом объемом более 1 млн м3, уровенный режим которых постоянно регулируется гидротехническими сооружениями.

С принципиально иных позиций к их определению подходит К. К. Эдельштейн [93]. Отличительной чертой прудов, считает он, являются не малые размеры, а их иная, в сравнении с водо­хранилищами, функциональная роль: пруды — это сооружения пассивного регулирования стока, главное назначение водохрани­лищ — активное регулирование стока.

Пруды. Первые пруды в бассейне начали строить в XVIII— XIX вв. Сооружались они главным образом для работы водяных мельниц, откуда и получили свое название — "мельничные" пру­ды. Использовались они и для водопоя скота, разведения водо­плавающей птицы и для других хозяйственных нужд. Остатки пло­тин таких прудов, а иногда и сохранившиеся еще пруды можно найти на Лесном и Польном Воронеже, Ивнице (известный Ше — решков пруд) и на других реках.

В истории строительства прудов и развития прудового хозяй­ства можно выделить ряд периодов, когда сооружение их прини­мало наиболее массовый характер. Но особенно интенсивно они стали сооружаться, причем крупные и в основном по индивиду­альным проектам, с 1970 по 1990 г. В это же время хозяйствен­ным способом было построено множество мелких прудов с ма­лой площадью зеркала воды и малым объемом. Исследованием этих прудов не занимались и комплексной их характеристики в целом по бассейну в литературе не приводится.

Чаще всего пруды сооружались в оврагах, балках, а также в долинах малых рек, значительно реже — в бывших карьерах и на месте торфоразработок. Поэтому по месту, занимаемому в том или ином элементе гидрографической сети, пруды бассейна можно разделить на две группы: русловые и овражно-балочные. В пла­не размещения на водосборе выделяются пруды одиночные, кас­кадные (цепочкой) и веерные.

Русловые пруды располагаются в основном в верховьях малых рек. Чаще всего они имеют лентовидную форму, длина в сред­нем достигает 1 км, ширина — не более 100—150 м.

Овражно-балочные пруды распространены в местах, сильно подверженных воздействию водной эрозии. Обычно имеют фор­му удлиненного треугольника с основанием у плотины. Длина их, как правило, не превышает 0,5 км, ширина — 150—200 м. Встречаются и более сложные формы этого вида прудов.

Русловые и овражно-балочные пруды различаются не только по местоположению, форме и размерам, но и, главное, по той функциональной роли, которую они играют в процессе регули­рования речного стока. Овражно-балочные пруды питаются по­чти исключительно водами весеннего поверхностного стока и очень редко — ливневыми водами. Подземное питание у них полнос­тью отсутствует. Поэтому вся влага, которая испаряется с их по­верхности, это, по существу, вода "снегового" происхождения. Более того, часть этой "снеговой" воды фильтруется через их ложе и тем самым пополняет запасы подземных вод, которые потом выклиниваются в нижерасположенных участках русел рек. Таким образом, в летний наиболее лимитирующий по водности сезон эти пруды если и не повышают заметно водность рек, то по край­ней мере и не уменьшают ее. Кроме того, овражно-балочные, или, как их иногда называют, бассейновые пруды, более актив­ны в перераспределении стока за счет фильтрации воды, чем рус­ловые пруды.

Русловые пруды, наряду с пополнением запасов воды за счет талых снеговых вод, частично подпитываются, особенно в конце летнего сезона, когда уровень достигает минимальных отметок, подземными водами, поскольку реки имеют полную гидравличес­кую связь с водоносными горизонтами. Следовательно, испаре­ние воды с их поверхности в летний сезон отрицательно сказы­вается на водности нижерасположенных участков реки.

В размещении прудов по территории бассейна прослеживает­ся определенная закономерность: большинство их располагается в верховьях водотоков, причем площадь самих прудов, как пра­вило, меньше (рис. 3). Следовательно, густота прудов увеличи-

Рис. 3. Пруды и водохранилища в бассейне р. Воронеж: 1 — пруды; 2 водохранилища

вается с повышением рельефа местности, в чем усматривается связь с потребностью воды в хозяйстве: чем дальше и выше от русел и устьев рек, тем больше необходимость в воде. В верхо­вьях рек преобладают русловые пруды, хотя немало здесь и ов­ражно-балочных водоемов.

По данным паспортизации, проведенной проектно-изыскатель­ским институтом ЦЧОГипроводхоз, по состоянию на 1 января 1986 г. в бассейне р. Воронеж насчитывалось 369 прудов с об­щей площадью зеркала воды 55,4 км2 и суммарным объемом 119,5 млн м3. В основном это относительно крупные водоемы (средняя площадь — 15 га, средний объем — 324 тыс. м3, сред­няя глубина — 2,2 м), построенные по проектам ЦЧОГипровод — хоза и других проектных организаций.

Кроме этой категории прудов хозяйственным способом без ка­кого-либо проектного обоснования построено множество никем не учтенных малых водоемов по балкам и другим понижениям рельефа. В хозяйстве они незаменимы: из них берут воду на по­лив огородов, поят скот, разводят водоплавающую птицу. Зна­чительна и их рекреационная роль. Построены они обычно вблизи населенных пунктов и животноводческих ферм. Однако эти пру­ды недолговечны. Они быстрее заиливаются, так как первыми в гидрографической сети стоят на пути перемещения наносов, их плотины чаще прорываются вешними водами.

К 1991 г. число учтенных прудов увеличивалось до 500, но в последующие годы их строительство практически полностью пре­кратилось. Более того, часть прудов, оставленных без присмот­ра, по различным причинам вышла из строя. Произошло это в основном в результате разрушения плотин при их небрежной экс­плуатации, заиления, зарастания и заболачивания.

Паспортизация прудов проводилась по шести водохозяйствен­ным участкам: I — р. Воронеж от слияния Лесного и Польного Воронежа до границы Тамбовской и Липецкой областей (длина — 32 км, площадь водосбора — 5900 км2); II — р. Воронеж от границы Тамбовской и Липецкой областей до устья р. Матыры (94 км, 41120 км2); III — р. Матыра от истока до границы Там­бовской и Липецкой областей (125 км, 2669 км2); IV — р. Маты­ра от границы Тамбовской и Липецкой областей до устья (55 км, 2511 км2); V — р. Воронеж от устья р. Матыры до границы Ли­пецкой и Воронежской областей (125 км, 2350 км2), VI — р. Во­ронеж от границы Липецкой и Воронежской областей до устья (91 км, 4050 км2).

По водохозяйственным участкам пруды распределены весьма неравномерно (табл. 5). Подавляющее их большинство (45 % всех прудов бассейна) расположено на участке от истока р. Воронеж до границы Тамбовской и Липецкой областей (участок I), т. е. в верховьях бассейна. Здесь в прудах сосредоточены наибольший объем воды (41 % всего объема прудов бассейна) и наибольшая суммарная площадь водного зеркала (39 % суммарной площади всех прудов бассейна). Участок также характеризуется наибольшими значениями удельной площади (3,7 тыс. м2/км2) и удельной ем­кости (8,2 тыс. м3/км2) прудов. В то же время средняя площадь (13,1 га) и средний объем (291 тыс. м3) прудов здесь меньше, чем в целом по бассейну (соответственно 15,0 га и 324 тыс. м3).

Таблица 5

Основные морфометрические характеристики прудов бассейна р. Воронеж Характеристика Водохозяйственный участок В целом по I II III IV V VI бассейну Количество прудов, ед. 167 42 64 28 16 52 369 Общий объем, тыс. м3 48 540 18 667 20 832 10 534 6723 14 349 119 645 Средний объем, тыс. м3 291 441 326 376 420 276 324 Общая площадь, га 2180 860 940 730 250 580 5540 Средняя площадь, га 13,1 20,5 14,7 26,1 15,6 11,2 15,0 Средняя глубина, м 2,2 2,2 2,2 1,4 2,7 2,5 2,2 Средняя густота прудов, ед./100 км2 2,8 1,0 2,4 1,1 0,7 1,3 1,7 Удельная площадь, тыс. м2/км2 3,7 2,1 3,5 2,9 1,1 1,4 2,6 Удельная емкость, тыс. м3/км2 8,2 4,5 7,8 4,2 2,9 3,5 5,5 Относительная емкость, в % к объему местного стока 7,4 4,1 9,9 5,0 1,6 3,2 4,9 Забор воды, тыс. м3/год — 2073 4794 2932 3220 6444 19 463

Следующим по количеству прудов (17 %), суммарной площа­ди (17 %) и общему объему (17 %), а также по удельной площа­ди прудов (3,5 тыс. м2/км2) является участок от истока р. Маты­ры до границы Тамбовской и Липецкой областей (участок III). Заметим, что, как и участок I, он находится в верхней части реки.

Наименьшим количеством прудов (4 %), а также наименьшей

общей их емкостью (6 %), суммарной площадью (4 %), удельной площадью (1,1 тыс. м2/км2) и удельным объемом (2,9 тыс. м3/км2) отмечается участок р. Воронеж от устья р. Матыры до границы Липецкой и Воронежской областей (участок V). Однако средние размеры прудов (площадь, объем, глубина) здесь больше, чем в целом по бассейну р. Воронеж.

По площади водного зеркала пруды бассейна подразделяются на малые (до 10 га), средние (10,1—25 га) и большие (более 25 га). Исходя из данных табл. 5, можно утверждать, что в целом в бас­сейне и в пяти из шести его водохозяйственных участков преоб­ладают средние пруды со средней площадью зеркала воды 11 — 20 га и на участке р. Матыры от границы Липецкой и Тамбов­ской областей до устья — большие, где их средняя площадь со­ставляет 26,1 га.

Важным показателем, характеризующим насыщенность пруда­ми того или иного региона или бассейна, служит коэффициент густоты прудов:

Kr = 100n/F, (2)

где Kj. — коэффициент густоты прудов, ед./ЮО км2; п — количе­ство прудов на водосборе; F — площадь водосбора, км2; 100 — условная площадь водосбора, при которой весенний поверхност­ный сток в рассматриваемых условиях имеет зональное значение.

При среднем в целом по бассейну коэффициенте густоты пру­дов Кг = 1,7 ед./ЮО км2, его крайние значения изменяются от Кг = 2,8 ед./ЮО км2 на водохозяйственном участке от истока р. Во­ронеж до границы Тамбовской и Липецкой областей до Kj. = = 0,7 ед./ЮО км2 на участке р. Матыры от границы Тамбовской и Липецкой областей до ее устья. Следует отметить, что приве­денные в табл. 5 данные о коэффициенте густоты прудов отно­сятся только к сравнительно крупным учтенным антропогенным водоемам. Если еще учесть и малые пруды, построенные хозяй­ственным способом, то этот коэффициент для всех водохозяй­ственных участков будет существенно выше. Но и с учетом ма­лых прудов этот коэффициент примерно в 2—2,5 раза меньше, чем для всей Воронежской области.

Об эффективности использования прудами местного стока мож­но судить по величине отношения их общего объема на данной территории к объему местного стока в средний по водности год. Как и ряд других параметров, наибольшие значения этого пока­зателя характерны для верховьев рек Воронеж (7,4 %) и Матыра (9,9 %), наименьшие (1,6 %) — для V водохозяйственного участ­ка.

Водохранилища. В отличие от прудов, водохранилища начали сооружать сравнительно недавно. Среди первых были построены водохранилища: на р. Лячихе (1963 г.) в Липецкой области, на р. Правая Хава (1964 г.) в Воронежской, на р. Шушпанке (1969 г.) и на р. Сухой Иловай (1969 г.) в Тамбовской области. Таким образом, до 1970 г. было построено всего 4 водохранили­ща. Пик их сооружения пришелся на период 1970—1974 гг., ког­да было введено в строй 27 водохранилищ (44 % всех водохрани­лищ бассейна). Затем интенсивность строительства начала падать: за 1975—1979 гг. был построен 21 водоем (31 %), за 1980—1984 гг. — 9 (14 %) и за 1985—1989 гг. — только 3 (5 %). В последую­щие годы в связи с финансовым кризисом сооружение водохра­нилищ полностью прекратилось.

Всего в бассейне построено 64 водохранилища с суммарной площадью зеркала воды 178,7 км2, суммарным полным объемом 529,0 млн м3, полезным объемом 494,5 млн м3 и средней глуби­ной 3,0 м. По морфологическим признакам все они относятся к долинному типу, ложем которых служат отрезки речных долин или крупных балок. Главная и характернейшая их черта — уклон дна и, следовательно, увеличение глубин от зоны выклинивания под­пора в верховьях к замыкающему водохранилище гидроузлу. Боль­шинству водохранилищ свойственна удлиненная форма. Реже встречаются сложной формы.

Среди показателей, характеризующих размеры водохранилищ, наиболее важны площадь водного зеркала и объем, поскольку именно этими параметрами определяется в значительной степе­ни их хозяйственная ценность и воздействие на окружающую среду.

По площади зеркала воды водохранилища классифицируются на малые (площадь менее 2 км2), небольшие (2—20 км2), сред­ние (20—100 км2), крупные (100—500 км2), очень крупные (500— 5000 км2) и крупнейшие (площадь более 5000 км2). Малых водо­хранилищ в бассейне 55 (86 %), причем большинство из них имеют площадь зеркала воды всего 0,4—0,6 км2. Небольших водохрани­лищ 7 (И %). Среди этой категории наиболее крупными явля­ются Шушпанское (5,3 км2), водохранилище на р. Белоколодец (2,7 км2), на р. Усмань у с. Красное (2,7 км2), а также наливное водохранилище рыбхоза "Усманский" (2,2 км2). К средним по площади зеркала воды относятся Воронежское (70 км2) и Матыр — ское (45 км2) водохранилища. Более крупных водохранилищ в бас­сейне нет.

По объему водохранилища классифицируются на малые (пол­ный объем менее 10 млн м3), небольшие (10—100 млн м3), сред­ние (100—1000 млн м3), крупные (1000—10 000 млн м3), очень крупные (10 000—50 000 млн м3) и крупнейшие (более 50 млн м3) [1].

В основном в бассейне построены малые водохранилища. Их 60, или 94 % всех водохранилищ. Как правило, они имеют ма­лый объем — всего 1—2 млн м3, реже встречаются водохранили­ща объемом 2—3 млн м3. Небольших водохранилищ имеется 2. Это водохранилища на р. Шушпанке в 13 км от ее устья, объе­мом 14,0 млн м3 и на р. Белоколодец, емкостью 18,3 млн м3. Воронежское (204 млн м3) и Матырское (144 млн м3) водохра­нилища относятся к классу средних водохранилищ. Основные па­раметры наиболее крупных водохранилищ приведены в табл. 6.

Очень важным параметром, определяющим особенности мно­гих гидрологических, физико-химических и биологических про­цессов, является средняя глубина водохранилища. По средней глубине водохранилища делятся на мелководные (глубина менее 3 м), неглубокие (3—6 м), среднеглубокие (6—15 м), глубокие (15—30 м), очень глубокие (30—60 м) и исключительно глубо­кие (глубина более 60 м) [1].

Подавляющее большинство водохранилищ в бассейне (39, или 61 % всех водоемов) имеют глубину менее 3 м и, следовательно, принадлежат к категории мелководных водохранилищ. К ним, в частности, относятся Воронежское (средняя глубина 2,9 м) и Шушпанское (2,6 м) водохранилища. Неглубоких водохранилищ имеется 23 (36 %). Среди них наибольшие глубины имеет водо­хранилище, расположенное в устье балки, впадающей на 46 км в р. Ягодную Рясу (5,3 м) и водохранилище в балке Домачевская Лев-Толстовского района Липецкой области (5,0 м). К неглубо­ким относится также Матырское. водохранилище (средняя глуби­на — 3,2 м). Среднеглубоких водохранилищ в бассейне только 2 (3 %). Это водохранилища на р. Лукавке (средняя глубина —13 м) и на р. Белоколодец (6,8 м). Оба они находятся в Липецкой об­ласти. Глубоких и очень глубоких водохранилищ в бассейне нет.

По территории бассейна водохранилища размещены неравно­мерно, что связано с рельефом местности, ресурсами местного стока и водохозяйственными задачами, стоящими перед каждым

Таблица 6 Основные сведения о наиболее крупных водохранилищах полным объемом более 5 млн м3 № Наименование Водохо­ Отметки Объем водо­ Площадь Средний Дополнитель­ Год п/п и месторасположение зяйст­ уровня хранилища, зеркала многолетний ное испарение ввода водохранилища венный воды, м абс. млн мя (при НПУ), сток в створе в средний по в экс­ участок км2 плотины водо­ водности год, плуата­ НПУ УМО полный полезный хранилища, МЛН MS/ год млн м3/год цию 1 Воронежское нар. Во­ ронеж в 6 км от устья VI 93,0 — 204 — 70 2419 20,0 1972 2 Матырское иа р. Маты­ ра в 2 км от устья IV 109,0 105,5 144 120 45 416 10,4 1975 3 Водохранилище на р. Белоколодец в 16 км от устья V 145,9 — 18,3 16,5 2,7 13,1 0,6 1975 4 Шушпанское на р. Шу — шпанка в 13 км от устья I 149,2 144,0 14,0 13,0 5,3 15,0 1,3 1969 5 Водохранилище на р. Белоколодец в 7 км от устья V 117,0 113,8 8,6 8,6 2,5 19,7 0,7 1975 6 Водохранилище на р. Ярославка в 18 км 2,2 от устья I 144,5 — 5,4 4,9 14,5 0,5 1975 7 Водохранилище на р. Делиховка в 3 км от устья II 125,0 118,0 5,4 5,4 1,6 26,2 0,4 1964 8 Водохранилище на р. Усмань у с. Красное VI 142,4 138,6 5,1 5,0 2,7 10,0 0,6 1975

из них (см. рис. 3). Однако в этой неравномерности прослежи­вается определенная тенденция: наибольшее количество водохра­нилищ построено в верхней и нижней частях бассейна, наимень­шее — в средней части. Так, на водосборе от истока р. Воро­неж до впадения в нее Матыры построено 23 водохранилища, или 36 % всех водохранилищ бассейна. В бассейне Матыры, зани­мающим среднюю часть водосбора, сооружено только 13 (20 %) водохранилищ и на водосборе от устья р. Матыры до Воро­нежского водохранилища действуют 28 (44 %) водохранилищ (табл. 7).

Таблица 7

Основные морфометрические показатели водохранилищ по водохозяйственным участкам р. Воронеж Характеристика Водохозяйственный участок В делом по бассейну I II III IV V VI Количество, ед. 12 11 6 7 14 14 64 Общий объем, млн м3 полный 42,0 29,6 16,1 154,7 56,4 230,2 529,0 полезный 39,4 28,6 14,5 130,3 53,3 228,7 494,5 Средний объем, млн м3 полный 3,5 2,7 2,7 22,1 4,0 16,4 8,3 полезный 3,3 2,6 2,4 18,6 3,8 16,3 7,7 Общая площадь, км2 17,4 8,9 6,4 49,0 17,0 80,0 178,7 Средняя площадь, км2 1,45 0,8 1Д 7,0 1,2 5,7 2,8 Средняя глубина, м 2,4 3,3 2,5 3,2 3,3 2,9 3,0 Удельный показатель площади водохрани­лищ, км2/км2 0,003 0,002 0,002 0,019 0,007 0,019 0,008 Удельный показатель полного объема, млн м3/км2 0,007 0,007 0,006 0,067 0,024 0,067 0,024 Дополнительное испа­рение с поверхности водохранилищ, млн м3/год 4,1 2,1 1,3 10,4 4,0 22,3 44,1

Если исключить из анализа три наиболее крупных и в основ­ном не характерных для бассейна р. Воронеж водохранилища — Воронежское, Матырское и Шушпанское, то наблюдается сле­дующая картина распределения основных их параметров: почти одна третья часть (32 %) полного объема водохранилищ сосре­доточена в V водохозяйственном участке, 20 % — в I, 17 % — во II, 15 % — в VI, 9 % — в III и только 6 % — в IV участке,

Аналогичная ситуация прослеживается и в распределении сум­марной площади зеркала воды: около одной третьей части (29 %) суммарной поверхности всех водохранилищ бассейна приходится на V водохозяйственный участок (заметим, что количество пру­дов, их суммарная площадь и объем здесь наименьшие) и только 7 % — на IV участок.

Средний объем водохранилищ (4,0 млн м3), средняя площадь зеркала воды (1,2 км2) и средняя глубина (3,3 м) в V водохозяй­ственном участке также наибольшие. Наименьшие значения ука­занных параметров имеют: объем (1,3 млн м3) — VI водохозяй­ственный участок, площадь (0,7 км2) — IV и среднюю глубину (2,5 м) — III участки. Средний объем, средняя площадь зеркала воды и средняя глубина водохранилищ в целом по бассейну со­ставляют соответственно 2,8 млн м3, 1,0 км2 и 3,0 м, что, по — видимому, мало отличается от аналогичных показателей водосбо­ров других рек, расположенных в лесостепной зоне.

Удельный показатель площади водохранилищ (км2/км2) и удельный показатель полного объема (млн м3/км2) по территории бассейна практически не меняются. Исключение составляет V во­дохозяйственный участок, где они наибольшие и превышают сред­нее значение в 2,3 и 3,0 раза.

С созданием водохранилищ увеличилось испарение, так как испарение с водной поверхности превосходит испарение с суши. В целом для бассейна дополнительное испарение с поверхности всех водохранилищ составляет 44,1 млн м3/год.