Изучение водохранилищ, как водоемов новой формации, началось сравнительно недавно. До середины прошлого века водохранилища, в связи с их малочисленностью, не занимали пристального внимания ученых и исследователей, Однако, бурное строительство в 20 веке по всему миру гидроэлектростанций, результатом которого стало образование крупных водохранилищ, привело к необходимости  более детального изучения этих водных объектов, и разработки правил  их эксплуатации.

   Водохранилища соединяют в себе признаки, как водотоков, так и водоемов, т.е. рек и озер одновременно. Сами водохранилища можно охарактеризовать как природно-техногенные комплексы, где многие процессы зависят от управления человеком. Каждый из этих комплексов имеет свои специфические особенности, отличается по параметрам и одинаковых водохранилищ в мире практически нет.

   Для изучения особенностей Куйбышевского и Саратовского водохранилищ в 1956 г. в Тольятти была образована Комсомольская (ныне Тольяттинская) специализированная гидрометеорологическая обсерватория. На базе обсерватории впервые в мире подробно изучались водоемы нового типа – водохранилища, проводилось  изучение уровенного режима, притока и стока воды, водного баланса, термического и ледового режима, химического состава воды, волновых явлений и переформирования берегов, микроклимата и региональных синоптических процессов, определяющих микроклимат водохранилища и прилегающей к нему местности. За время работы обсерватории получен огромный материал, характеризующий протекающие в водохранилищах процессы, на основе которого защищены 12 кандидатских и 2 докторских диссертации. Детальное изучение водохранилищ послужило неоценимой основой их комплексного мониторинга, разработке методик по производству работ на больших водоемах.

   Одной из особенностей комплексного мониторинга на крупных водохранилищах   является необходимость проведения экспедиционных работ. Только экспедиционный материал дает целостную картину состояния водоема. Однако, длительные сроки проведения их не позволяют подавать информацию оперативно, в связи с чем комплексные исследования проводятся по сезонам, в основные гидрологический фазы (февраль, май, июль, октябрь).

   Особенностью Куйбышевского водохранилища с сезонным режимом регулирования является значительная сработка уровня в зимний период, когда в отдельные годы осушается до 50 % площади водохранилища. Это вызывает необходимость корреляции мест отбора проб, особенно в пределах выпуска очистных сооружений.

   При оценке данных мониторинга в весенний период следует учесть разницу в водообмене на отдельных участках (плесах) водохранилища. Так, по данным А.И. Елисеева, коэффициент водообмена в мае может колебаться от 10 на Волжском плесе до 4,2 на Ульяновском. Особенно важны гидрологические данные при выявлении высокого химического загрязнения, когда необходимо составить прогноз о скорости и направлении распространения загрязнений. Здесь, помимо обычно принимаемого в расчеты стокового течения необходимо учитывать наличие сгонно-нагонных явлений, обратного течения и частое несовпадение направления и скорости течения по горизонтам. Также следует учитывать, что огромный объем вод не представляет собой однородную массу и разнится по плесам. Более того, в результате постепенного «скатывания» вниз по течению происходит, так называемая, трансформация водных масс, обуславливаемая природными условиями региона.

   Одним из условий правильного проведения мониторинга загрязнения вод на водохранилищах является учет уровня воды и волновых (штормовых) условий. При низком уровне даже небольшое волнение вызывает взмучивание в придонных слоях и вторичное загрязнение. Так, полученные после шторма разовые данные у г.Тольятти по взвешенным веществам, нефтепродуктам, фенолам значительно отличались от полученных в спокойную погоду. Все это заставляет при соблюдении общих требований к отбору проб опираться на гидрологические данные.

   За 60-тилетний период эксплуатации Куйбышевского водохранилища на водоеме произошел ряд изменений в гидрологическом режиме. В заливах и убежищах, местами в прибрежных частях отмечается заиление, размыв берега, изменения в режиме течений, которые связаны с сезонным регулированием и замедленным водообменном. А также возник ряд «биолого-гидрохимических» проблем. Отмечается образование сине-зеленых водорослей, ухудшение гидрохимических показателей, указывающих на изменение продолжающихся процессов формирования природного аквального комплекса.

   Саратовское водохранилище заметно отличается от других волжских водохранилищ. В нем не накапливается запас воды на длительное время, его регулирование – недельное и суточное. Оно более похоже на реку (водоток). Колебания уровня (кроме паводка) связаны с работой Жигулевской ГЭС, и более выражены в выходные дни в нижнем бьефе ГЭС. Учет работы ГЭС – одна из особенностей работы на данном участке, так как распределение загрязнения от сточных вод после очистных сооружений может менять свое направление в зависимости от скорости течения. Высокие скорости течения затрудняют отбор проб по горизонтам и требуется «утяжеление» пробоотборного оборудования. В связи с этим контрольный фоновый створ в нижнем бьефе плотины отсутствует и связано это с обеспечением безопасности при отборе проб. На 90 % вода в Саратовское водохранилище поступает из срединной зоны Куйбышевского и общая водная масса здесь более однородна. Однако, здесь гораздо труднее определить направление струйности сброса и, в связи с этим, влияние поступающих загрязнений. Одной из особенностей проведения мониторинга на Саратовском водохранилище является определение влияния загрязнений, поступающих с водой притоков. Учитывая существующий подпор рек на 40 и более км от устья, наибольшее поступление речных вод, как правило более загрязненных, происходит в моменты снижения уровня. Обычно, это происходит в ночные часы и в воскресные дни.

   Для обеспечения комплексных исследований качества волжской воды ФГБУ «Приволжское УГМС» имеет собственный флот: теплоход «Витязь»; НИС «Росгидромет-06», аэроджип «Пиранья-1М»; судно на воздушной подушке «Пегас», мотолодки «Вельбот». Экипажи судов укомплектованы квалифицированными опытными специалистами, лаборатории - необходимым пробоотборным и аналитическим оборудованием.