Водохранилище — открытое хранилище (обычно в виде каменной или земляной кладки), в котором вода собирается и хранится в определенном количестве, чтобы ее можно было отбирать для использования. Водохранилища являются важной особенностью многих систем водоснабжения во всем мире.
Изменения погоды приводят к тому, что естественный сток ручьев и рек сильно меняется с течением времени. Периоды избыточного стока и затопления долин могут чередоваться с маловодьем или засухой. Поэтому роль водохранилищ заключается в том, чтобы задерживать воду в периоды повышенного стока, предотвращая тем самым наводнения, и постепенно сбрасывать воду в периоды пониженного стока. Простые водохранилища были созданы, вероятно, в самом начале истории человечества для обеспечения питьевой и ирригационной водой. Из южной Азии и северной Африки водохранилища распространились в Европу и на другие континенты.
Водохранилища обычно образуются путем строительства плотин на реках, но внерусловые водохранилища могут быть созданы с помощью водоотводных сооружений, каналов или трубопроводов, отводящих воду из реки в естественные или искусственные впадины.
Когда поток попадает в водохранилище, скорость течения уменьшается, и осадки откладываются. Таким образом, ручьи с большим количеством взвешенных частиц являются плохими местами для водохранилищ; заиление быстро уменьшит емкость и сильно сократит срок службы небольшого водохранилища. Даже в крупных водохранилищах заиление представляет собой распространенную и серьезную проблему. Поскольку удаление отложений из водохранилищ, как правило, обходится слишком дорого, чтобы быть практичным, водохранилища на ручьях с отложениями обычно планируются с запасом емкости, чтобы компенсировать истощение, вызванное отложениями. Несмотря на это, ожидаемый срок службы большинства водохранилищ не превышает 100 лет при нынешних темпах осадконакопления.
Одной из сопутствующих проблем является эрозия русла ручья ниже водохранилища при спуске воды. Поскольку осадки откладываются в водохранилище, спущенная вода вновь приобретает транспортирующую способность, что приводит к эрозии русла.
Вода в водохранилище может теряться за счет поверхностного испарения, просачивания в окружающую почву или горные породы, а также просачивания через фундамент плотины. Потери при просачивании обычно можно уменьшить, но потери при испарении часто имеют большое значение. Валовое испарение с водных поверхностей в умеренном и тропическом климате может составлять несколько метров в год. Во влажных регионах эти потери компенсируются прямыми осадками, и чистые потери поверхности могут быть умеренными или незначительными. В регионах с меньшим количеством осадков чистая потеря может быть значительной и достигать 1,5 м (5 футов) и более в год в некоторых пустынных районах. Существует ряд физических, химических и биологических методов, направленных на снижение испарения из водохранилищ, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Плавающие или подвесные крышки могут сэкономить большой процент воды, но для больших водохранилищ они непрактичны или слишком дороги. Химическая обработка широко используется для снижения скорости испарения, хотя она требует частого повторного применения и не позволяет существенно сократить потери воды. Биологические методы включают в себя ветроотбойники и плавающие растения и могут значительно снизить испарение, хотя их использование ограничено водоемами с благоприятными условиями.
Водохранилища различаются по размеру и сложности: от небольших водохранилищ одного назначения до огромных и сложных водохранилищ многоцелевого назначения. Одноцелевое водохранилище предназначено для выполнения только одной функции, такой как ирригация, производство гидроэлектроэнергии, судоходство, борьба с наводнениями, водоснабжение, рекреация или регулирование низкого стока. В последнее время наблюдается тенденция к созданию многоцелевых водохранилищ, выполняющих как минимум две основные функции.
Водохранилища могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду, например, разрушать места обитания рыб и экосистемы, а крупномасштабные проекты водохранилищ могут потребовать затопления городов и поселков. Например, строительство плотины «Три ущелья» на реке Янцзы (Чанг-Цзян) в Китае, предназначенной в первую очередь для борьбы с наводнениями и в качестве источника электроэнергии, привело к тому, что почти два миллиона человек были вынуждены покинуть свои дома. Социальные и экологические последствия должны учитываться на этапе планирования строительства новых водохранилищ.
Относительно небольшие закрытые водохранилища — привычные достопримечательности большинства городов и поселков. Часто построенные на холмах или опирающиеся на стальные резервуары на башнях, эти резервуары являются неотъемлемой частью большинства местных систем водоснабжения. Обычно они обеспечивают объем хранения, равный средней потребности населения в воде в течение одного дня. Резервуары приподняты, чтобы обеспечить достаточное давление воды в трубопроводах. Вода используется в чрезвычайных ситуациях, таких как отключение электричества, поломка насосной станции и борьба с пожарами. Кроме того, эти резервуары служат для удовлетворения пиковых часовых потребностей в воде в районе. Когда потребность в воде превышает среднесуточную, вода вытекает из резервуаров в распределительную сеть. Когда потребность в воде очень низкая (например, поздно вечером), насосы с высоким подъемом пополняют резервуары.
