Снова выручают гидротехники

Как бороться в неравномерным распределением речного стока во времени? Как сделать, чтобы хватало воды в те периоды, когда она больше всего нужна, а сток незначителен?

Ответ, пожалуй, уже напрашивается сам собой: если у рек, вытекающих из крупных озер, режим сглажен, зарегулирован озерами, то нельзя ли искусственно сгладить, зарегулировать режим неозерных рек с резкими колебаниями уровня и расхода воды, заставив их вытекать из искусственных водоемов, созданных человеком,- из водохранилищ?

Так именно и поступают гидротехники: когда необходимо выровнять временные колебания водности реки, они строят плотины на реках и в речных долинах и накапливают в образовавшемся искусственном озере-водохранилище сток реки в ее многоводные периоды и затем постепенно спускают накопленную воду в периоды маловодья.

Такое искусственное перераспределение стока во времени в соответствии с требованиями водопотребления называется регулированием стока.

Первые попытки регулировать сток были предприняты, по-видимому, в Древнем Египте. В 1855 г. в 30 км к югу от Каира обнаружили на временном водотоке (вади) остатки плотины бутовой кладки, длиной 100 м по гребню, высотой 11 м, которую некоторые исследователи считают древнейшей в мире - она была построена около 5000 лет назад. Плотину прорвало в первый же год существования (не было водослива). Греческие историки Геродот и Диодор Сицилийский сообщают, что в Египте в период Среднего Царства (2160-1788 г. до н. э.), когда Нил разливался, воды его задерживали в искусственных озерах для регулирования стока в целях орошения. Одним из таких озер являлось искусственное Меридово озеро, называемое сейчас Биркет-Карун.

Примерно в ту же эпоху (около 2300 лет до н. э.), после сильнейшего в истории Китая наводнения легендарный китайский император Яо поручил не менее легендарному строителю Ю "укротить" реки Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы, затоплявшие огромные пространства во время частых катастрофических паводков, и осушить заболоченные ими земли. Ю, тщательно изучив режим рек и рельеф затопляемых территорий, создал целую систему гидротехнических сооружений - дамб, плотин, осушительных каналов, помогавших рекам находить путь к морю.

Мероприятия, осуществленные Ю, увенчались успехом. После смерти императора гидролог-гидротехник Ю по воле народа был возведен на императорский трон и получил титул "Великого" и Укротителя рек". Позднее Ю стал божественным покровителем всех гидрологов и гидротехников - строителей гидротехнических сооружений, оросительных систем, судоходных каналов. Даже в начале нашего столетия во всех приречных храмах Китая все еще возносили молитвы в честь великого императора-гидротехника, хотя никаких сооружений, которые можно было бы отнести к его эпохе, не сохранилось.

Единственный в истории случай обожествления гидролога!

Регулируют сток крупных рек теперь преимущественно, когда надо обеспечить выработку электроэнергии на ГЭС, для прошения, водоснабжения, водного транспорта, рекреации, также для того чтобы уменьшить высоту поводков и предотвратить наводнения. Это одна из очень важных задач регулирования.

Число рек с искусственно зарегулированным водным режимом быстро увеличивается. В высокоразвитых индустриальных районах почти все реки зарегулированы, и их режим определяется не только климатом и другими естественными географическими факторами, сколько графиком работы водохранилищ, задержанием и попусками воды. В зависимости от величины запруженной реки и площади ее бассейна водохранилища бывают самых разных размеров - от небольших, с поверхностью несколько га (например, в СССР на степных балках и в оврагах, для водопоя скота и для противопожарных целей), до огромных искусственных озер, с площадью несколько тысяч квадратных километров (например, волжские водохранилища, превратившие Волгу из реки в цепь озеровид-ных расширений).

Любопытно вспомнить, что первое водохранилище на Волге, Верхне-Волжский бейшлот, было создано более ста лет назад, в 1843 г. В верховье Волги, при ее истоке из озера Волго, соорудили плотину, единственным назначением которой было задерживать весенние воды и затем в июле - августе спускать их, чтобы увеличить судоходные глубины на Верхней Волге до Рыбинска.

Кроме Волги, в настоящее время каскадом водохранилищ зарегулирован сток Днепра почти на всем протяжении. Водохранилища и ГЭС имеются теперь на большинстве главных рек Советского Союза.

В зарубежной водохозяйственной литературе широкую известность получило сплошное регулирование стока реки Теннесси (приток Огайо, бассейн Миссисипи), предпринятое по инициативе президента США Ф. Рузвельта в 1930-х годах. Густонаселенный бассейн реки Теннесси (площадью 105 тыс. км²) с высокоразвитой, преимущественно военной индустрией страдал от паводков и наводнений. Для борьбы с ними, а одновременно для энергетического обеспечения промышленности и создания судоходных путей на Теннесси и ее притоках было создано 31 водохранилище (самое крупное - Кентукки площадью 1200 км²), построено 28 ГЭС общей мощностью 4 млн. кВт.

Заканчивается в США комплексное водохозяйственное строительство, предусматривающее сооружение на Миссури и ее притоках 52 крупных водохранилищ. Эти водохранилища должны существенно сократить угрозу печально известных наводнений на Миссисипи, достигавших в 1937 и 1952 гг. национальных бедствий.

В США около 20% национального достояния составляют гидротехнические сооружения - плотины с водохранилищами, каналы, акведуки, водопроводные и канализационные сети, ирригационные системы, водоочистные установки, которые собирают и перераспределяют около ¹/₄ всех поверхностных вод страны.

Кроме водохранилищ, применяется еще один способ перераспределения стока во времени.

Осадки, формирующие речной сток, стекают в русло реки по реальному участку суши - речному бассейну или водосбору. Воздействуя на поверхность водосбора различными, в основном агротехническими приемами (распашкой, насаждением или вырубкой леса, осушкой болот и т. п.), можно добиться некоторого перераспределения стока во времени. Эти приемы должны регулировать, выравнивать сток, снижать высоту паводков, частично переводить их в почвенную влагу, усваиваемую растениями, увеличивать запасы подземных вод и питание ими рек, повышать меженный (минимальный) речной сток. В СССР этой цели способствует зяблевая (осенняя) вспашка на полях, в результате которой талые весенние воды легко впитываются в разрыхленную с осени почву. Увеличивают инфильтрацию в почву талых и дождевых вод также лесные насаждения и лесные полосы - в лесу снежный покров обычно выше, чем в поле, и лучше предохраняет почву от промерзания, весной он тает медленнее, чем в поле, и поэтому талые воды постепенно просачиваются в водопроницаемую лесную почву, уменьшающую паводочный сток.

Снегозадержание на полях в степных районах Советского Союза, пахота поперек склонов также способствуют впитыванию талых вод в почву.

Таковы в общих чертах приемы борьбы гидротехников с неудачным распределением во времени водных ресурсов в виде речного стока. Эта борьба в основном ведется за увеличение количества воды в отдельные периоды времени, и ведется она, в общем, небезуспешно.

Однако примерно с середины нашего столетия более серьезной проблемой, чем количественная недостача пресных вод, становится их качественное ухудшение.