У водохранилищ нет природных аналогов. Лишь по форме чаши с ними сходны завально-запрудные озера. Отметим наиболее важные особенности водохранилищ.

1. Водохранилища — антропогенные, управляемые человеком объекты, но они испытывают также и сильнейшее воздействие природных (прежде всего гидрометеорологических) факторов, поэтому как объекты изучения, использования и управления занимают промежуточное положение между «чисто природными» и «чисто техническими» образованиями. Это дает право именовать их природно-техническими системами.

2. Водохранилища заметно, а нередко и значительно воздействуют на окружающую среду, вызывая изменения природных и хозяйственных условий на прилегающих территориях. Естественно, что наряду с заранее запланированными благоприятными последствиями возникают также и последствия негативного, неблагоприятного характера.

3. Водохранилищам свойственна особая система так называемых внутриводоемных процессов — гидрологических, гидрофизико-химических и гидробиологических.

4. Водохранилища — водоемы, наиболее интенсивно используемые различными отраслями хозяйства. На каждом значительном водохранилище формируется водохозяйственный комплекс (ВХК).

Среди компонентов ВХК, т. е. всех отраслей хозяйства, использующих водохранилище и реку в нижнем бьефе, выделяют участников ВХК — отрасли, заинтересованные в создании водохранилища и финансирующие его. Остальные отрасли используют водохранилище, поскольку оно существует. Участники ВХК предъявляют различные, а подчас и противоречивые требования к режиму использования водохранилищ.

5. Для водохранилищ как природно-хозяйственных объектов характерна чрезвычайно высокая динамичность развития (эволюции).

Водохранилища — управляемые объекты. Это означает, что основные параметры водохранилища (объем, площадь, место расположения и режим регулирования), а вместе с ними и многие другие характеристики определяются человеком на стадии проекта; в составе гидроузлов имеются специальные технические системы, сооружения и устройства (гидротурбины, водосбросные отверстия с затворами), позволяющие изменять объем и уровень воды в водохранилище. Главная особенность решений, связанных с эксплуатацией водохранилищ, — некоторая неопределенность, обусловливаемая стохастическим (вероятностным) характером направленности и интенсивности гидрометеорологических процессов в водосборном бассейне.

Водохранилища следует рассматривать как природно-технические системы, комплексы, которые состоят из природной и технической подсистем, диалектически взаимодействующих между собой. Учет этого взаимодействия может существенно увеличить возможности рационального и комплексного использования водохранилищ, а игнорирование — привести к значительным потерям. Управляя технической подсистемой водохранилищ, человек может вызвать развитие таких процессов, явлений и эффектов в природной подсистеме, которые он пока не в состоянии предотвратить либо их преодоление требует значительных затрат трудовых и материальных ресурсов. Поэтому управляемыми объектами водохранилища можно считать лишь частично.

Непосредственно и полностью человек управляет только запасами воды, а экосистемой и геосистемой водохранилища — частично и косвенно.

При создании водохранилищ происходят многообразные изменения природных и хозяйственных условий на территориях, как непосредственно прилегающих к новому водоему, так и на удаленных от него вниз по течению реки. Масштабы, глубина и направленность этих изменений определяются размерами нового водоема (площадь, объем водной массы, длина, ширина) и своеобразием природных условий района, которые могут ослаблять или, наоборот, усиливать влияние водохранилища. Когда говорят, что водохранилищам присуща особая система внутриводоемных процессов, имеют в виду, что свойственные им гидрологические, гидрофизико-химические и гидробиологические процессы не идентичны тем, которые наблюдаются в других водных объектах — озерах, реках и каналах. Ведущими факторами, определяющими специфику взаимосвязанных и взаимообусловленных внутриводоемных процессов в водохранилищах, служат водообмен и уровенный режим водоема. Один из показателей водообмена — период, в течение которого происходит полная смена водной массы: для водохранилищ разного типа он может составлять от нескольких суток до нескольких лет.

Амплитуда колебаний уровня воды в разных водохранилищах изменяется также в широких пределах — от нескольких десятков сантиметров для равнинных водохранилищ до многих десятков и даже более 100 м для горных водохранилищ.

Именно эти факторы и отличают условия развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от тех, которые характерны для озер и рек. Проявляется это в том, что в водохранилищах создаются активные гидродинамические зоны транзитного стока, т. е. направленного движения воды к плотине, и образуются зоны водоворотных циркуляции, когда частицы воды перемещаются по очень сложным замкнутым траекториям. Наличие такой сложной гидродинамической структуры определяет многие важные для водоемов особенности: формирование и движение водных масс; термический, газовый и биогенный режимы; перемещение и осаждение минеральных и органических взвесей; процессы самоочищения воды и, наконец, жизненно важные условия обитания бактерий, организмов, живущих в толще воды (планктон), донных организмов (бентос), водной растительности, рыб.

Процессы трансформации вещества и энергии в водохранилищах имеют иные, чем в озерах и реках, масштабы, направленность, интенсивность и длительность. Это выражается в показателях качества воды, в структуре и продуктивности водных экосистем. В целом водохранилища можно рассматривать как своеобразные огромные преобразователи и аккумуляторы вещества и энергии, но только не автономные, как, например, озера. Рекам же в отличие от водоемов с замедленным водообменом, наоборот, свойствен поточный механизм преобразования вещества и энергии.

Этот накопительный эффект водохранилищ имеет как положительное (осветление воды, снижение ее цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательное значение (уменьшение самоочищающей способности воды, образование застойных зон, большее, чем в реках, прогревание воды, особенно на мелководьях, и как следствие — евтрофирование новых водоемов). Характерные примеры евтрофирования водохранилищ: избыточное развитие синезеленых водорослей (цветение воды), чрезмерное продуцирование биомассы водной растительности (заболачивание акватории). Иначе говоря, для многих гидробионтов в водохранилищах создаются не самые лучшие условия; они к тому же усугубляются недостаточно благоприятным уровенным режимом. Это в итоге существенно отражается на количестве и качестве хозяйственно наиболее ценной для человека рыбной продукции.

Возрастающее экономическое значение водохранилищ, особенно крупных, выражается в формировании водохозяйственных комплексов. Водохранилища оказываются вовлеченными в систему связей и отношений не только собственно водохозяйственных, но и социально-экономических. Даже когда водохранилище создается в интересах только одной отрасли, со временем и другие отрасли хозяйства оказываются заинтересованными в его использовании.