Заиления и занесения верхних бъефов малых и средних русловых водохранилищ, построенных на взвесенесуших водотоках, являются весьма сложными процессами которые зависят от гидрологических, гидравлических, гидротехнических, эксплуатационных и других факторов. Одним из основных факторов является режим работы водохранилищ.
Режим работы любого водохранилища устанавливается исходя из его целевого назначения, гидрологического режима регулируемого водного источника и много других факторов. Режим работы водохранилищ должен обеспечивать: выполнение народно-хозяйственного плана посозданию запаса воды; нормальную работу гидротехнических сооружений водохранилищного узла; минимальный объем заиления чаши водохранилища и сброс в нижний бьеф возможно большей части твердого стока реки, возможность периодических промывок в нижний бьеф наносных, отложений образующихся в водохранилище; сокращение потерь воды из водохранилища на испарение с поверхности зеркала и на фильтрацию в грунты чаши и обход плотины; ослабление интенсивности подъема кривой подпора в русловой части водохранилища, вследствие интенсивного осаждения в ней крупных фракций наносов и уменьшение зоны затопления прибрежных территорий.
Малые и средние русловые водохранилища, построенные в адырных зонах Узбекистана, предназначенные для орошения сельскохозяйственных земель и задержания ливневых паводков, на малых и средних водотоках осуществляют полную аккумуляцию всего твердого стока этих водотоков. Эти водохранилища являются водохранилищами сезонного регулирования, которые наполняются в осенне-зимний период и опорожняются в течении вегетационного периода с апреля по сентябрь. По данным многолетних гидрологических исследований в осенне-зимнем периоде использующаяся для наполнения малых и средних водохранилищ среднесуточной расход воды питающих водотоков составляет от 0,3 до 10,0 м3/с. Во время наполнения малых и средних водохранилищ адырной зоны в их чашах оставляют запас емкости порядка 1,0....3,0 млн.м3, на случай регулирования возможного катастрофического ливневого паводка. Для этого наполнение водохранилища меженным осенне-зимним стоком прекращают когда уровень воды в водохранилище достигнет отметки на 1,0,.,2,0 м ниже отметки НПУ.
Для более полной характеристики режима работы малых водохранилищ Ферганской долины подробнее рассмотрим собранные нами данные эксплуатации водохранилища Чартакского гидроузла, который эксплуатируется с 1974 г. Постоянный в течение года ток воды р.Чартаксай имеет расходы колеблющиеся в пределах от 2,0 м3/с до 10 м3/с. Прохождение по реке расходов ливневых паводков отличающихся внезапностью появления, высокой мутностью воды и кратковременностью, часто вызывало переполнения русла Чартаксая и затопление его густо заселенной долины, ширина которой колеблется от 300 до 500 м. Построенный Чартакский водохранилищный гидроузел использует чашу, образованную в долине реки перегораживающей ее земляной плотиной. Водохранилище обычно наполняют до отметки на 1,0–2,0 м ниже НПУ, создавая резервную призму для регулирования паводков, объемом 2,0...3,0 млн.м3. Узел гидротехнических сооружений водохранилища кроме плотины включает двухочковый трубчатый водовыпуск из железобетонных труб сечением каждого 2 х 2,5 м. Порог водовыпуска заложен на отметке уровня мертвого объема. Расчетный максимальный расход водовыпуска при НПУ — 30 м3/с. Регулирование расхода осуществляется рабочими затворами, установленными в специальной камере в средней части труб водовыпуска. Кроме водовыпуска узел сооружений имеет катастрофический водосброс по типу открытого водослива. Гребень водослива заложен на отметке НПУ и предусмотрен на пропуск расхода воды 50 м3/с
Интенсивное наполнение водохранилища производится со второй половины октября до начала февраля, когда в нем аккумулируют почти весь поступающий речной сток. Начиная с февраля месяца возможно появление ливневых паводков. Поэтому февральские битовые расходы реки, поступающие в водохранилище, транзитом пропускаются в его нижний бьеф. Дальнейшее же наполнение водохранилища до НПУ к началу вегетации осуществляют за счет задержания паводков. Аналогичные графики режима работы имеют водохранилища Карасувского, Кара-мурутского, Эскиерского и другие гидроузлов Ферганской долины.
Серьезным недостатком описанного режима работы малых водохранилищ адырной зоны Ферганской долины является, то обстоятельство, что из-за необходимости аккумулировать осенне-зимний сток водотока к моменту начала появления ливневых паводков, водохранилище оказывается в значительной мере наполненным. Поэтому насыщенная большим содержанием наносов вода поводков, проходя через водохранилища отлагает в нем значительную часть содержащихся наносов, резко увеличивая его заиление. Для более полной характеристики процесса аккумуляции наносов в чаше водохранилища и сброса их в нижний бьеф, при описанном выше режиме работы, приведем некоторые результаты натурных наблюдений. В Чартакское водохранилище 31 мая 1998 года поступил ливневый паводок, с пиковым расходом 248 м3/с, максимальной мутностью 310 кг/м3 и продолжительностью 16 часов. Перед началом паводка уровень воды в водохранилище был, на отметке 688,6 что на 1,4 м ниже отметки НПУ. При этом в водохранилище по проектному графику оставалась резервная призма регулирующей емкости 1,6 млн.м3. В начале поводка через водовыпуск водохранилища в нижний бьеф сбрасывался расход порядка 8..10 м3/с. По мере возрастания расхода паводка уровень воды в водохранилище повышался и приближался к отметке НПУ. Для уменьшения интенсивности этого подъема было увеличено открытие отверстий водовыпуска до полного подъема затворов, в результате чего расход воды, сбрасываемой в нижний бьеф, превысил 30 м3/с. К моменту прохождения пика паводка и началу последовательного спада расходов, уровень воды в водохранилище превысило отметку НПУ и в работу был включен катастрофический водосброс плотины, максимальный расход через которого достиг 20 м3/с.
Характер протекания речного потока в чаща водохранилища во время прохождения рассматриваемого ливневого паводка, по нашим визуальным наблюдениям был, следующим. С момента начала паводка в водохранилище образовалось явно выраженное продольное течение мутной воды по русловой части чаши в сторону плотины, с очень медленным растеканием по ширине водохранилища, даже в его глубинной части. По мере увеличения расхода воды и ее мутности это течение становилось все более и более выраженным и его скорость увеличивалась. При этом в глубинной озерной части водохранилища значительно усилилась интенсивность растекания мутного потока по его ширине. По-видимому, это следует объяснить тем, что произошло значительное выравнивание и уполаживание дна водохранилища за счет наносных отложений предыдущих паводков, которые не только уменьшили продольный уклон дна, приблизив его у плотины к почти горизонтальному, но и заполнили все сколько-нибудь выраженные продольные заглубления, оставшиеся от старых русел, существующих до постройки плотины. Мутное течение достигло плотины через 1,5...2,0 часа после начала паводка. К этому моменту мутность воды, сбрасываемой через водовыпуск, составляла 7,75 кг/м3. Примерно через 3 часа после начала паводка уже в начале его спада зафиксирована максимальная мутность сбросной воды равная 8,9 кг/м3. К середине фазы спада мутность сбросной воды понизилась до 5,6 кг/м3, а в конце поводка составляла всего 0,6 кг/м3. По нашим расчетам, произведенным на оснований измеренных расходов и мутностей воды на гидростворе перед входом в водохранилище и в нижнем бьефе, в водохранилище поступило 419,6 тыс.м3 наносов, из которых в нижний бьеф было сброшено только более 200 м3. Подобный характер отложений наблюдался также во время прохождения других паводков. При прохождении паводков с пиковыми расходами не более 20 м3/с повышения мутности воды, сбрасываемой в нижний бьеф не происходило.
Наши наблюдения за ходом наполнения и опорожнения Чартакского водохранилища показали, что в период его наполнения и особенно во время поступления паводков основная масса речных наносов отлагаются вдоль ого мелководной русловой части. В период же опорождения водохранилища в связи со снижением его уровня эти образовавшиеся наносные отложения постепенно размываются малыми расходами практически чистой водой и продукты этого размыва затем транспортируются в глубоководную озерную часть водохранилища, отлагаясь в пределах его мертвого объема. Отсюда следует, что заиление мертвых объемов водохранилищ в основном происходит во время их опорожнения.
Кроме уроненного режима малых водохранилищ на аккумуляцию наносов в их чашах большое влияние оказывают расположение водопропускных сооружений плотин и их пропускная способность. У большинства этих водохранилищ порог водовыпусков закладывают на довольно высоких отметках, что исключает возможность промыва мертвого объема и сброса в нижний бьеф часть наносов из нижнихслоев перед плотиной во время поступления в водохранилище ливневых паводков.
Выводы. Прохождение ливневых паводков через водохранилище, в период высоких уровней воды в нем приводит к аккумуляций более 95 % твердого стока в его чаше.
Процесс формирования наносных отложений в чаше водохранилища, в рассматриваемых условиях, можно разделить на два этапа. Первый этап — аккумуляция наносов в водохранилище в период прохождения паводка. В этом этапе основная масса наносов осаждается в зоне полезного объема водохранилища. Второй этап — переформирование образовавшихся наносных отложений в период сработки водохранилища для вегетационных поливов. В этом этапе часть наносных отложений, русловой части чаши, размывается ботовыми расходами водотока и переносится в зону мертвого объема водохранилища.
Оба этапа формирования наносных отложений в водохранилище являются сложными гидравлическими явлениями, зависящими от многих природных и эксплуатационных факторов. Детальное изучение последних в условиях натуру весьма затруднительно и требует проведения модельных исследований.
Литература:
- Г. Т. Давранов, Ш.Рахматуллаев«Эффективная и надежная работа русловых водохранилищ — один из основных факторов в развитии земледелия в Узбекистане». Материалы международной научно-практической конференции «100-летие мелиоративной науки в России и 85-летие Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костякова», Москва 24–25-ноябрь 2009, стр. 336–341.
- Давранов Г. Т. Режим работы малых водохранилищ адырных зон Ферганской долины и их заиление // Вопросы русловой гидротехники с учетом усиливающейся роли антропогенной деятельности в речных бассейнах Средней Азии /САНИИРИ. — Ташкент, 1990. — С.40–48.
- Исмагилов Х. А. Селевые потоки, русловые процессы, противоселевые и противопаводковые мероприятия в Средней Азии.- Ташкент: Мехнат, 2006. — 249 с
