Когда на какой-либо территории потребность в воде начинает превосходить величину устойчивого речного стока, и другие источники водных ресурсов (в первую очередь, подземные воды) отсутствуют или почему-либо не могут быть использованы, возникает необходимость в регулировании речного стока, то есть в строительстве плотин и, соответственно, создании водохранилищ. Создание плотин и водохранилищ - важнейший способ увеличения объема возобновимых водных ресурсов.
Общая площадь поверхности водохранилищ, включая подпруженные озера, составляет около 600000 кв. км. При суммарном полезном объеме равном 3000 куб. км водохранилища увеличивают устойчивый сток, то есть возобновимые ресурсы, пригодные к использованию, на 25 %. С другой стороны, средняя мировая продолжительность водообмена в речных системах увеличилась с 20 до 100 суток, что указывает на ухудшение их экологического состояния. В частности, заметно снизилась естественная самоочищающая способность рек, связанная с постоянным поглощением кислорода из воздуха речной водой, текущей в турбулентном режиме. Растворенный в воде кислород расходуется на окисление переносимых водой органических загрязняющих веществ.
В России и других странах бывшего СССР имеется более 4000 крупных водохранилищ с объемом, превышающим 1 млн. куб. м, причем 98% общего объема находится в 250 крупнейших водохранилищах с объемом каждого более 100 млн. куб м. Всего зарегулировано около 1200 куб. км воды, или около 25 % речного стока.
Водохранилища, в том числе крупнейшие, располагаются в России преимущественно на равнине. Это означает, что потери земли, причем самой ценной для сельского хозяйства, на поймах и террасах рек, в особенности велики. Помимо потери сельскохозяйственных земель, водохранилища в России принесли с собой ряд других проблем. Среди них такие как переселение людей и нарушение сложившихся традиций ведения хозяйства, ухудшение качества воды, неустойчивый, и потому неблагоприятный гидрологический режим в нижнем бьефе плотин, перехват стока биогенных элементов (фосфора и азота) и, соответственно, снижение биологической продуктивности морей, подъем уровня грунтовых вод с сопутствующими изменениями продуктивности природных и антропогенных ландшафтов, ухудшение условий для рыбного хозяйства и др. В тропических условиях регулирование стока приносит дополнительные проблемы по сравнению со странами с умеренным климатом, поскольку режим водохранилищ и их воздействие на окружающую среду в сильной степени зависят от природных условий. Как только в тропическом районе возникает новое водохранилище, уровень заболеваний и смертности резко повышается: качество воды в водохранилище обычно хуже, вследствие замедленного водообмена, увеличения водной биомассы и пр. по сравнению с речной водой, что приводит к значительному росту заболеваний. В последние годы начали возникать водохранилища в зоне влажных экваториальных лесов, где дополнительно к уже перечисленным возникают новые геоэкологические проблемы..
В научной литературе, и в особенности в средствах массовой информации мира, публикуется много заявлений с оценкой (зачастую голословной) эффективности тех или иных осуществленных проектов гидротехнических сооружений, как правило, с отрицательными выводами. Однако, строгих научных оценок пока почти не сделано. В особенности сложно оценить экономический эффект больших плотин и водохранилищ, не говоря уже об интегрированном эколого-экономическом эффекте. Можно сказать, что водохранилища выполняют свою задачу, увеличивая водные ресурсы. С другой стороны, они приносят много неблагоприятных последствий.
Глубокий анализ геоэкологических последствий сооружения Асуанской плотины на Ниле в Египте выполнен иностранным членом РАН Г.Уайтом (США), который не пришел к однозначной оценке последствий. Вследствие летних (июнь-сентябрь) дождей в бассейне Нила, ежегодно формируется половодье, всегда игравшее благотворную роль в становлении и развитии Египта и его цивилизации. Половодье орошало поля и приносило на них плодородный ил. В настоящее время ил задерживается плотиной, и плодородие почв должно поддерживаться посредством применения минеральных удобрений. Нильская вода аккумулируется в водохранилище, которое регулирует объем доступных водных ресурсов с последующим их использованием для орошения и производства электроэнергии. В конце 1970-х гг. Асуанское водохранилище удержало несколько весьма высоких и потому очень опасных половодий. Наоборот, в середине 1980-х гг. было семь лет подряд, когда объем половодья Нила был намного ниже среднего. При этом в каждый маловодный год дефицит воды, необходимой для орошения полей Египта, пополнялся из Асуанского водохранилища. Таким образом, водохранилище предотвратило крупнейшую катастрофу.
