Амплітуда коливань рівня води в різних водосховищах змінюється також в широких межах – від декількох десятків сантиметрів для рівнинних водосховищ до багатьох десятків і навіть більше 100 м для гірських водосховищ.

Саме ці чинники і відрізняють умови розвитку внутрішньо-водоймових процесів у водосховищах від тих, які характерні для озер і річок. Виявляється це в тому, що у водосховищах створюються активні гідродинамічні зони транзитного стоку, тобто направленого руху води до дамби, і утворюються зони коловоротних циркуляцій, коли частинки води переміщаються по дуже складних замкнутих траєкторіях. Наявність такої складної гідродинамічної структури визначає багато важливих для водоймищ особливостей: формування і рух водних мас; термічний, газовий і біогенний режими; переміщення і осадження мінеральних і органічних суспензій; процеси самоочищення води і, нарешті, життєво важливі умови існування бактерій, організмів, що живуть в товщі води (планктон), донних організмів (бентос), водної рослинності, риб.

Процеси трансформації речовини і енергії у водосховищах мають інші, ніж в озерах і річках, масштаби, спрямованість, інтенсивність і тривалість. Це виражається в показниках якості води, в структурі і продуктивності водних екосистем. В цілому водосховища можна розглядати як своєрідні величезні перетворювачі і акумулятори речовини і енергії, але тільки не автономні, як, наприклад, озера. Річкам же на відміну від водоймищ зі сповільненим водообміном, навпаки, властивий потоковий механізм перетворення речовини і енергії.

Цей накопичувальний ефект водосховищ має як позитивне (освітлення води, зниження її кольоровості, зменшення вмісту шкідливих бактерій), так і негативне значення (зменшення самоочисної здатності води, утворення застійних зон, більше, ніж у річках, прогрівання води, особливо на мілководдях, і як наслідок – євтрофування нових водоймищ). Характерні приклади євтрофування водосховищ: надмірний розвиток синьо-зелених водоростей (цвітіння води), надмірне продукування біомаси водної рослинності (заболочування акваторії). Інакше кажучи, для багатьох гідробіонтів у водосховищах створюються не найкращі умови; вони до того ж посилюються недостатньо сприятливим рівневим режимом. Це в результаті суттєво відображається на кількості і якості з господарської точки зору найбільш цінної для людини рибної продукції [1, 9-14].

Зростаюче економічне значення водосховищ, особливо великих, виражається у формуванні водогосподарських комплексів. Водосховища виявляються залученими в систему зв'язків і відносин не тільки власне водогосподарських, але й соціально-економічних. Навіть коли водосховище створюється на користь тільки однієї галузі, з часом і інші галузі господарства виявляються зацікавленими в його використанні.

Водосховища за допомогою гідравлічних і водогосподарських зв'язків неминуче виявляються також включеними в складну розгалужену систему природно-господарських відносин спочатку в межах ділянки річки, потім в межах річкового басейну; надалі з розвитком міжбасейнових перекидань поверхневого стоку ключова роль водосховищ поширюється на ще більші регіони.

Вплив сучасних водогосподарських суперсистем і систем простежується в багатьох соціально-економічних сферах держави і тягнеться далеко за межі районів самих водосховищ як базових елементів цих систем.

Один з яскравих прикладів – водогосподарська суперсистема басейну Волги, що налічує 14 великих і сотні невеликих водосховищ, режим використання яких відчувається на всьому протязі великої російської річки. Великої також і тому, що на території волзького басейну проживає майже кожен четвертий житель Росії і виробляється чверть всієї промислової і сільськогосподарської продукції. Аналогічні водогосподарські суперсистеми на базі водосховищ сформувалися на Дніпрі, Ангарі, Колумбії, Теннессі, Парані і багатьох інших великих річок планети.

На сучасному етапі відбуваються помітні зміни структури водогосподарських комплексів. Вони виражаються в збільшенні числа компонентів і учасників ВГК, у формуванні водогосподарських систем з декількох ВГК, в зміні традиційних вимог галузей господарства до використання водосховищ.

І нарешті, декілька слів ще про одну принципову особливість водосховищ – високу їх динамічність як природно-господарських об'єктів. Ця динамічність обумовлена трьома чинниками:

1) мінливістю гідрометеорологічних процесів, що визначають гідрологічний режим водоймища;

2) стрімкою зміною дії господарства на природне середовище, у тому числі і на водоймища;

3) змінами з різних причин режиму експлуатації водосховищ [1, 9-14].

Сукупна дія вказаних чинників призводить до того, що водосховища надто рідко можна вважати стаціонарними об'єктами, еволюцію яких легко і однозначно визначити на основі минулої передісторії. Тому якщо й мовиться про який-небудь рівноважний стан водосховищ, то завжди мається на увазі динамічна рівновага їх як природно-господарських об'єктів, яка може різко порушитися при зміні будь-якого з вказаних вище чинників. Динамічність водосховищ виявляється у всіх їх характеристиках, але, мабуть, найяскравіше – в процесах формування берегів, зміні якості води, структури і продуктивності водних і наземних (у береговій зоні) екосистем. У спеціальній літературі іноді навіть уживається термін "еволюція водосховищ", проте якщо еволюція озер продовжується протягом багатьох сотень і тисяч років, то у водосховищах істотні зміни основних процесів і явищ відбуваються принаймні на порядок швидше. Якщо в озерах зміни носять поступовий і направлений ("правильний") характер, то водосховища розвиваються циклічно і стрибкоподібно відповідно до співвідношення змін провідних чинників.

Головна мета створення водосховищ – регулювання стоку. Воно робиться в основному на користь енергетики, іригації, водного транспорту, водопостачання і в цілях боротьби з повенями.

Для цього у водосховищах акумулюється стік в одні періоди року і віддається накопичена вода в інші періоди.

Період акумуляції стоку називається наповненням водосховища, а процес віддачі накопиченої води – виробітком водосховища. Як наповнення водосховища, так і його виробіток проводяться завжди до більш-менш певних рівнів. Вищий проектний рівень водосховища (верхнього б'єфу дамби), який підпірні споруди можуть підтримувати в нормальних експлуатаційних умовах протягом тривалого часу, називається нормальним підпірним рівнем (НПР).

На нормальний підпірний рівень розраховуються як споруди інженерного захисту, так і всі промислові, транспортні, комунальні та інші споруди, розташовані на берегах водосховища. Мінімальний рівень водосховища, до якого можливе його виробіток в умовах нормальної експлуатації, називається рівнем мертвого об'єму (РМО). Об'єм води, що знаходиться між НПР і РМО, називається корисним, оскільки саме цим об'ємом води і можна розпоряджатися в різних господарських і інших цілях. Об'єм же води, що знаходиться нижче за РМО, називається мертвим, оскільки використання його в нормальних умовах експлуатації не передбачається.

Пропускна спроможність гідровузла (його турбін, водозливних прольотів, донних отворів, шлюзів) з економічних і рідше технічних міркувань обмежена. Тому коли по водосховищу йде витрата дуже рідкісної повторюваності (раз у сто, тисячу, а то й десять тисяч років), гідровузол не в змозі пропустити всю масу води, що йде по річці. У цих випадках рівні води на всьому водосховищі і біля дамби підвищуються, збільшуючи його об'єм іноді на значну величину; одночасно збільшується пропускна спроможність гідровузла. Такий підйом рівня вище за НПР в період проходження високих повеней рідкісної повторюваності називається форсуванням рівня водосховища, а сам рівень – форсованим підпірним (ФПР). На водосховищах, використовуваних для водного транспорту або лісосплаву, виробіток рівня в період навігації обмежується рівнем, при якому річковий флот за станом глибин може продовжувати нормальну роботу. Цей рівень, що знаходиться між НПР і РМО, називається рівнем навігаційного виробітку (РНВ). Рівні води, особливо при НПР і ФПР, біля дамби, в середній і верхній зонах водосховища не однакові. Якщо біля дамби рівень відповідає відмітці НПР, то по мірі віддалення від неї він підвищується спочатку на сантиметри, а потім і на десятки сантиметрів, а в окремих випадках і на один-два метра. Це явище носить назву кривої підпору.

Розділ 2. Загальна характеристика водосховищ Дніпра

2.1 Дніпро і його водосховища

Дніпро – найбільша річка України і третя за величиною (після Волги і Дунаю) річка Європи – забезпечує до 75 % (з урахуванням створених водосховищ) потреби держави в прісній воді.

Свій початок Дніпро бере у с. Кльовцево Смоленської області (Росія), на Валдайській височині, і впадає в північно-західну частину Чорного моря, утворюючи при цьому, спільно з П. Бугом обширний Дніпровсько-Бузький лиман. Довжина річки 2200 км (до спорудження водосховищ 2285 км), із них 485 км Дніпро тече по території Росії, 595 км – в Білорусії, 115 км є кордоном між Білорусією і Україною, і потім 1005 км – по території України. Площа водозбору річки 504000 км² (з них 286000 км² в Україні). Загальне падіння річки 220 м, середній ухил водної поверхні 0,10 ‰ [20, 81].

Дніпро прийнято розділяти на три частини: верхнє Дніпро – від витоків до Києва, середнє Дніпро – від Києва до Запоріжжя і нижнє Дніпро – від Запоріжжя до гирла. В даний час Дніпро в межах України майже повністю зарегульоване греблями електростанцій і лише невелика його ділянка (завдовжки близько 100 км), що граничить з Білорусією, залишилася незарегульованою (рис. 1).

Середній багаторічний стік Дніпра складає 53 млрд. м³ . Формується стік в основному у верхній частині Дніпра (до Києва). Нижче Київа Дніпро має незначну приточність, що становить 19 % стоку всієї річки. Стік Дніпра відрізняється великою нерівномірністю як за роками (зміна об'єму річного стоку від 24 до 73 млрд. м³ ), так і протягом року.

Дніпро – рівнинна річка з сніговим живленням, з рясною весняною повінню, під час якої проходить 60-70, а в окремі роки до 80 % загального річного стоку річки. Витрати води річки в районі Києва коливаються від 200 до 25000 м³ /с.

Від м. Лоєв до Київського водосховища Дніпро тече в дуже широкій долині зі схилами, що непомітно зливаються з прилеглою місцевістю. У північній частині Київського водосховища ширина долини досягає декількох десятків кілометрів, зливаючись з навколишніми болотами і долиною Прип'яті. Далі долина Дніпра звужується, проте схили неясно виражені. Біля с. Лютеж і нижче правий схил досягає висоти 30-50 м і долина річки значно звужується: у м. Вишгород і с. Межигір'я правий схил упритул підходить до водосховища. Нижче гирла Десни долина Дніпра дуже широка.

Рис. 1. Схема басейну Дніпра [20, 82]

Між Кременчуком і Дніпропетровськом, де розташовано Дніпродзержинське водосховище, долина Дніпра місцями звужується до 2 км або розширюється до 13 км. Від Дніпропетровська до Запоріжжя долина річки вузька, з високими корінними берегами, зайнята штучно створеним озером (Запорізьке водосховище). Нижче Запоріжжя долина річки знову розширюється, досягаючи 10 км в пригирловій частині.

На незарегульованих ділянках Дніпра є заплава змінної ширини. Нижче Нової Каховки ширина заплави до 4-6 км. Біля Херсона річка вступає в низьку піщану долину, на заплаві якої розташовуються Херсонські плавні шириною до 10 км.