Vodní nádrže mají více funkcí, přičemž akumulace vody pro energetické účely z nich není nejvýznamnější

Nádrž vodního díla je umělý prostor pro akumulaci vody, který vznikl činností člověka, nejčastěji přehrazením řeky nebo potoka hrází v příhodném místě. Největší nádrže se staví pro energetické účely, nezanedbatelná je ale i jejich funkce závlahová, dopravní, hospodářská, či rekreační. Jsou zdrojem pitné vody pro vodárny nebo technologické vody pro průmysl. Díky své retenční schopnosti poskytují vodní nádrže ještě účinnou ochranu před povodní. Často jde u nádrží o kombinaci dvou i více uvedených funkcí.

Vodní energetické dílo, kdy je přehrazen vodní tok se nazývá přehrada a ta je tvořena přehradní hrází a přehradní nádrží. Objem přehradní nádrže závisí na typu elektrárny, kterou přehrada zásobuje. Pro průtočné vodní elektrárny (říční) se staví menší přehrady, přičemž je průtok nad hrází stejný jako odtok z vodní elektrárny. Maximální hltnost turbín je stejná jako původní průměrný průtok v korytu řeky. Zvýšené průtoky jsou bez užitku přepouštěny dál. Hráz tvoří jen minimální spád pro práci turbín a zabezpečuje malé vyrovnání kolísání průtoku.

Průtočná vodní elektrárna na řece Rýn má jen malou vodní nádrž, protože nepotřebuje akumulovat velké objemy vody

U akumulačních elektráren se staví větší hráze, které zadrží větší objem vody v přehradní nádrži. Vztaženo k instalovanému výkonu patří akumulační elektrárny k plošně největším energetickým zdrojům. Hltnost turbín převyšuje průměrný průtok, proto akumulační elektrárny pracují v cyklech, kdy se pravidelně střídají fáze výroby špičkové elektrické energie a akumulace vody. Toto cyklování způsobuje značné kolísání hladiny v přehradní nádrži.

Mohutná betonová hráz akumulační vodní elektrárny zadržuje větší objem vody v přehradní nádrži

Se specifickým příkladem využívání přehradní nádrže pracuje přečerpávací vodní elektrárna. Ta má nádrže dvě – dolní a horní a ve fázi výroby elektrické energie proudí voda z horní nádrže přes turbíny do dolní nádrže. Horní nádrž je většinou bezpřítoková, uměle vybudovaná na blízkém vyvýšeném místě. Akumulaci vody zabezpečuje ta samá elektrárna, pracující v čerpadlovém režimu (čerpající vodu z dolní do horní nádrže). Výhodnost takového přečerpávání spočívá ve využití levné elektřiny v době jejího přebytku v přenosové soustavě k čerpání a výrobu drahé špičkové elektřiny v čase nedostatku.

Uměle vybudovaná horní nádrž přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně

Přehradní nádrž zadržuje určitý objem vody. Vertikálně se dá prostor nádrže rozdělit na tři základní vrstvy podle účelu užití. První vrstva ode dna až do minimální hladiny v nádrži tvoří prostor stálého naplnění. Voda by v něm měla být vždy (s výjimkou vypuštění nádrže). Druhá vrstva tvoří zásobní prostor nádrže – prostor od minimální do maximální hladiny slouží k akumulaci sezónní vody, která se později využívá k energetickým nebo jiným účelům. V akumulačních elektrárnách dochází k plnění zásobního prostoru nádrže při odstavených turbínách.

Velmi nízká hladina vody v přehradní nádrži

Třetí vrstvou, většinou bez vody, je ochranný prostor vodní nádrže sloužící k zadržení povodňových průtoků. Při plnění je tento prostor až do dosažení přelivné hrany částečně ovladatelný, při dalším stoupnutí hladiny se voda neovladatelně valí přes přelivy hráze. V závislosti na předpovědi srážek může obsluha hladinu přehradní nádrže preventivně snížit, aby později nedošlo k naplnění přehrady a přetečení vody přes přelivy.

Při napouštění velkých přehradních nádrží zpravidla dochází k zatopení značné části krajiny. V některých případech je nutné přesídlení celých vesnic a měst, ležících v zátopové oblasti. V ojedinělých případech se přemisťují i cenné historické artefakty, jako tomu bylo při výstavbě Velké asuánské přehrady na Nilu v Egyptě, kdy byly přesunuty dva chrámy Abú Simbel na nové místo o 65 metrů výše.

Chrám Ramesse II v Abú Simbel je příkladem přemístění historické památky při výstavbě Velké asuánské přehrady

Přehradní nádrž tvoří dominantu v krajině a svým rozsahem má určitý dopad na životní prostředí. Kromě zaplavení různých vzácných biotopů, vyhnání fauny z původních lokalit, usazování sedimentů, způsobují zaplavené organické materiály v nádrži zvýšenou tvorbu skleníkových plynů, především metanu a oxidu uhličitého. Výzkumy ukazují, že zvýšený dopad na globální oteplování mají nádrže v první dekádě své existence, celkově je ale vliv hydroelektráren na životní prostředí mnohokrát menší než mají tepelné elektrárny srovnatelné výkonové úrovně.

Nádrž Burrator v národním parku Dartmoor (Velká Británie) zásobuje pitnou vodou město Plymouth a má zanedbatelný vliv na okolní životní prostředí

Velké vodní plochy v krajině mají vliv i na lokální mikroklima tím, že zvyšují vlhkost vzduchu a snižují extrémní teploty především v suchých oblastech. Tyto faktory jsou vnímány spíše pozitivně, australští vinaři například tvrdí, že přítomnost vodních ploch zlepšuje kvalitu vína.

Orlická přehrada má ze všech českých vodních ploch největší objem

V Čechách jsou významné přehradní nádrže hlavně na větších tocích, jako je Vltava, Labe, Ohře nebo Dyje. Největší objem (720 mil. m³) má přehradní nádrž vodního díla Orlík, největší plochu (48 km²) má nádrž přehrady Lipno I. Nejhlubší (85 m) je nádrž přečerpávací elektrárny Dalešice.

Ve světě je nejobjemnější nádrží Kariba na řece Zambezi, která pojme přibližně 180 km³ vody, nádrž s největší plochou (8 482 km²) leží na řece Volta v Ghaně.