книги из ГПНТБ / Финаров Д.П. Динамика берегов и котловин водохранилищ гидроэлектростанций СССР

ная двумя ступенями шириной по 3— { м. Уклон верхней ступени отмели в 1973 г. 6°30/ и нижней — 4°45'. Заглубление отмели за 1972 гг. в песчаниках составляет 0,9—1 м.

5. Высокий обвально-осыпной абразионный берег, сложенный сверху лес­ совидными супесями, а на уровне МПУ каменноугольными песчаниками. Уровни наибольшей повторяемости сопрягаются с крутым уступом V надпой­ менной 70-метровой террасы, что обусловило интенсивную абразию! Линейное переформирование берега за 1967—1972 гг. составляет 19—20 м. За 1972 г. линейная абразия составила 3—4 м. Абразионная двухступенчатая отмель сложена серыми каменноугольными песчаниками. Верхняя ступень шириной 5 м и уклоном 6°44' сверху сложена щебнем и дресвой (мощность 25—30 см). Нижнңя ступень шириной 11 м совсем лишена отложений. Уклон ее 4°45А Уступ между ступенями отмели 0,8 м с уклоном 14°56'.. Уступ отмели крутой, почти отвесный (75—80°) — унаследованный уступ V надпойменной террасы, сложен каменноугольными песчаниками, лишен отложений (рис. 40).

6. Высокий обвально-осыпной абразионный берег, сложенный среднечет­ вертичными лессовидными супесями и красноцветиыми суглинками.

Уровни наибольшей повторяемости сопрягаются с крутым (70—75°) усту­ пом V 70-метровой надпойменной терцасы р. Енисей. Переформирование бе­ рега за 1967 1972 гг. составляет от 100 до 190—200 м. Надводный откос вы­ сотой 25—27 м, имеет фестончатое строение. Различаются фестоны первого

подвижный аккумулятивный слой мощностью в 1973 г. от 20 до 45 \м . Ниже залегают «коренные» красноцветные суглинки. Верхняя ступень отмели шириной 42 м и уклоном ЗАІП. Уступ к нижней ступени высотой 3,5 м и уклоном

больше, чем в каменноугольных песчаниках. Гранулометрический состав под­ вижного аккумулятивного слоя на отмели на ее внешнем крае становится из суглинистого супесчаным. Большая часть обломочного материала под дейст­ вием силы тяжести накапливается^ основания подводного откоса, образуя фа­ цию обвально-осыпных отложений неволновой аккумуляции.

7. Высокий оползнево-абразионный берег, сложенный среднечетвергнчными лессовидными суглинками, красиоцветными суглинками и нижнекамеиноугольными аргиллитами и песчаниками на мысовидном выступе у залива по долине р. Чаны. При наполнении водохранилища образовались мощные оползни, осо­ бенно активно проявившиеся в приустьевой части долины р. Чаны. Образова­ ние оползней обусловлено наличием коры выветривания коренных пород, яв­ ляющейся плоскостью скольжения* залеганием коренных пород с падением в сторону водохранилища, подъемом уровня водохранилища и образованием подпора подземных вод, наличием большого водоборного бассейна с уклоном в сторону водохранилища и воздействием ветрового волнения. Сочетание гео­ логических условий и подъем уровня воды предопределили в период напол­ нения водохранилища сначала образование оползневых трещин на расстоянии около 700 м, идущих в целом параллельно берегу, а затем сползание и обру­ шение мощных олоков пород. В 1967—1969 гг. вместе с рыхлыми толщами су­ песей и суглинков оорушению подвергалась верхняя выветрелая часть корен­ ных пород, что привело к значительной переработке склонов. Линейная перераоотка берега в; 1967 г. составила 95 м, в конце 1968 г. достигла ПО .и и

в-]9Ь9г. — 150—160 м.

В1970 1972 гг. в связи с-преобладанием абразии оползни и обвалы разви­ вались на надводном откосе и местами захватывали верхнюю часть отмели

максимальное отступание бровки берега за 1967—1972 гг. составило Ж ) м на мысовидном выступе ,у залила по р. Чаны.

Бровка берега за 1971 г. отступила максимально на 22 м и в 1972 г. на м. Аоразионпая отмель состоит из двух ступеней. Верхняя ступень абра-

106

Щ н ,м

Т7 V // / / / / '/ / /

■ 'А / / '/ '''/ '',

'///у '/// у /' / і

W / / / '''/ / / / '

/ ' / ' / У , * / / / /

У у / у уу/ у/ ' / к

/ у / ' / У / У / / '

, / / / У / У / у/ ///;у у У / / / / / у у ■ 'y j^

107'

знойная, сложенная супесями, имеет ширину 85 м и уклон-5 Оэ . Нижняя сту­ пень абразионной отмели сложена красноцветными суглинками. Ширина ее 49 м и уклон 3°09'. Поверхность отмели и уступа фестончатая (механизм фор­ мирования фестонов рассмотрен so II главе). На уступе отмели выражены небольшие оползни шириной захвата 3—4—5 м. Заглубление отмели за 1972 г. составило 2,5—3 м. В предыдущие годы заглубление отмели было немного ■больше, по происходило также двумя ступенями (рис. 41).

Рис. 41. Оползнево-абразионный берег, сложенный лессовидными су­ песями и суглинками (III -III, у и. Куртак)

8.Обвально-осыпной слаиоабразионный берег в заливе по долине р. Чаны,

сложенный лессовидными суглинками и еѵпесями. Переформирование со­ ставляет 5—6 м.

9.Обвально-оползневой берег, сложенный лессовидными суглинками и су­ песями в заливе по Андрееву Логу. Переформирование происходит вследствие

колебаний уровня, а также размокания и растворения лессовидных суглинков и супесей у основания склона. Ширина оползней достигает 4—5 м.

Переформирование берегов на участке у пос. Куртак осложняется разви­ тием оврагов по балкам и логам. Особенно интенсивное развитие получил ов­ раг по балке, идущей верховьями к зданию школы. Развитие оврага происхо­ дит одновременно в приустьевой части балки и в ее верховье. В 1972 г. не­ затронутой новым оврагом осталась средняя часть балки, где ее склоны и дно задернованы и покрыты березово-кустарниковым редколесьем. Развитие оврага в устьевой части происходит по схеме, предложенной И. А. Печеркиным {26], вследствие колебаний уровня и волновой абразии.

В верховой части балки развитие оврага происходит в связи с изменением условий поверхностного стока и не связано с колебанием уровня водохрани­ лища. Застройка площадки привела к увеличению снегового покрова н уси­ лению-эрозионной роли талых вод. усилению эрозионных процессов способ­ ствовало устройство дороги, по которой значительная часть поверхностных вод более концентрированно направлялась на водосбор лога, ведущего в балку. Интенсивная распашка склона также способствовала активизации эрозионных, процессов. Следовательно, развитие оврага в верховьях балки непосредст­ венно не связано с наполнением водохранилища. За шесть лет ,'1967— 1972 гг.) новый овраг в верховьях балки продвинулся на 240 м. Причем овраг растет не только тремя вершинами в верховье балки глубиной 2,5—3 а также эрозионной рытвиной, расположенной выше вершины оврага на 200 м. Глубина эрозионной рытвины 1—1,1 м протяженностью 130 м. Растет рытвина по логу, идущему от вершины балки.

Формирование видов берегов у пос. Куртак в 1967—1970 гг. происходило изолированно, без взаимосвязи отдельных участков. В связи с фестончатым характером развития берегов и отмелей преобладало поперечное движение на­ носов. Вдольбереговое движение наносов отсутствовало так же в связи с на­

ле, что свидетельствует о проявлении поперечного движения наносов. В 1971— 1972 гг. наблюдались небольшие миграции наносов по отмели в пределах за­ лива. .образованного в приустьевой части Школьного оврага. В 1971 г. на отмели от правобережного мыса залива миграция наносов из дресвы песчани­ ков и песков прослеживалась на расстоянии 50 м с окончанием на левобережье залива. В 1972 г. миграция наносов происходила в том же направлении господ­ ствующих юго-западных ветров. Длина миграции достигла 80 м с выходом на правый берег залива на расстоянии 30 м. Ширина миграции в ее начале 20 м, а в конце до 2 м. Прослеживание миграции наносов облегчалось тем, что пра­ вый берег сложен сероцветными песчаниками, дающими при обрушении дресву. Левый же берег залива сложен лессовидными супесями.

На участке у с. Новоселово наиболее .характерными являются два вида берегов. Обвально-осыпной абразионный берег формируется на месте обвально­ осыпного уступа V 80-метровой террасы р. Енисей. Уклон этогоуступа в ниж­ ней части 15—16°, а верхней части — 70—80°. Сложен уступ в нижней части суглинками со щебнем. Общая мощность рыхлых толщ в нижней части склона до 20—25 м. В верхней'части склон сложен красноцвегными девонскими пес­ чаниками и аргиллитами. При наполнении водохранилища в 1967—1969 гг. происходило переформирование нижней части склона, сложенной рыхлыми суглинками, и линейно достигло 15—20 м. В 1970 г. и последующие соды пере­ формированию подвергалась верхняя часть уступа V 80-метровой террасы, сло­ женного красноцветными девонскими песчаниками и аргиллитами. Линейное обрушение коренных пород составляет 9—10 м. Сначала вымывается мелкоземистый .материал из-трещлн, разделяющих отдельности пород. При значи­ тельном волнении происходит «раскачивание» отдельностей пород, оглинивание трещин, уменьшение трения между глыбами пород и последующее обвали­ вание. Длина отдельностей от 0,7 до 1,5 м . В результате переработки берега образовалась абразионная двухступенчатая отмель шириной 9— 10 м в 1972 г. Верхняя ступень шириной 5—6 м и уклонами в девонских песчаниках 7°04'— 7°14/. Нижняя ступень шириной 4—5 м и уклонами 5°30'. Высота уступа между верхней и нижней ступенями в 1972 г. составляла 1—1.2 м.

109

в і га установлено 22 воронки. Объем разрушения берега в результате обра­ зования суффозионных воронок на этом участке в 3 раза больше, чем вслед­ ствие проявления механической абразии.

Оползнево-обвальный берег на участке у пос. Енисей в Куртакском рай­ оне, при устье залива по долине D. Комы. Наиболее значительный оползень— обвал красноцветных песчаников произошел на склоне г. Сопка и имеет об­ щую длину по фронту 160—170 'м. Образование оползня-обвала обусловлено падением горных пород в сторону водохранилища (угол падения 27—283), трещиноватостью горных пород по падению и их выветрелостью, а также ве­ троволновой абразией. Оползень-обвал морфологически состоит из двух сту­ пеней. Верхняя ступень образована двумя основными блоками отседания, отделенными от коренного склона трещиной шириной от 1,5 до 2 м. Блоки ширинфі до 10—12 м и длиной до 40—50 м. Блоки разделены трещинами ши­ риной, от 2,5 до 4 м. Нижняя ступень отделяется уступом высотой до 4—6 м.

Рис. 13. Поперечный профи іь оползнево-обвального бере­ га на урочище Чертова речка на Красноярском водо'ра­ нил ищи |137]

/ —палево-желтые тонкие супеси; 2—коренные норо іы-песчаники красно­ цветные, трещиноватые; 3—небольшой слой галечников на поверхности палеозойских пород; 4 —оползневые трещины, но которым прошел сдвиг; ,5 —трещины дробления тела оползня; б—положение склона до возникно­ вения оползня.

Ширина нижней ступени 10—12 м. Поверхность нижней ступени образована глыбами красноцветных песчаников величиной от 0,5 до 1,5 м. Нижняя сту­ пень обрывается уступом к урезу воды высотой 20—25 м, образованными глыбами песчаников. Отмель еще не выработана, берег остается приглубым.

устья р. Комы. Отрыв основной оползневой массы (3 млн. м3), представлен­ ной красноцветными песчаниками и алевролитами, произошел по мощным тре­ щинам, секущим породы по их падению вкрест уреза воды, а также по про­ стиранию. Трещины были заполнены красноцветной и светлосерой пластичной глиной мощностью до 30 см и кальцитом— 15 см (рис. 43).

При оползневом движении на поверхности образовались провалы глуби­ ной до 15 м.

Крупные оползни в скальных породах образовались на стыке тектониче­ ских структур Багеневского кряжа и Чулымо-Енисейской котловины.

В завершение анализа влияния первичного рельефа на формирование новых берегов и котловины необходимо отметить, что большая часть берегов

111

Красноярского водохранилища представлена уступами высоких террас или крутыми коренными склонами. Поэтому берега преимущественно являются приглубыми, подвергающимися интенсивной ветроволновой абразии.

Основные направления формирования берегов обусловлены характером соотношения первичного рельефа и уровенного режима.

Влияние возрастных особенностей рельефа существенно сказывается на интенсивности переформирования берегов, сложенных коренными породами. Чем древнее форма рельефа, тем больше зона выветривания и поверхностный слой горных пород подвержен значительному расчленению трещинами. Зона интенсивного выветривания подвергается ветроволновой абразии, начиная с первого года эксплуатации водохранилища.

Формирование берегов Красноярского водохранилища происходит вследствии проявления взаимосвязанных процессов, среди которых на большей части берегов преобладает абразия. Вместе с тем на значительных участках ведущими являются неволновые процессы (оползни, обвалы, выветривание и д>р.).

Особенности формирования берегов связаны . со своеобразием исходного рельефа и уровенного режима водохранилища. Значительная весенняя сра­ ботка водохранилища приводит к осушению широкой береговой полосы и вследствие этого активному проявлению неволновых процессов (оползни, об­ валы, эрозия, суффозия и т. п.).

Переформирование отмелей при сработке водохранилища происходит не только вследсгвии проявления эрозии, суффозии, а также интенсивных выхо­ дов грунтовых вод из «тела» отмели. Отток грунтовых вод при сработке во­ дохранилища приводит к струйчатой эрозии, смыв в результате проявления этого вида эрозии достигает 10% велігчины аккумулятивных толщ на отмели.

На Красноярском водохранилище формируются абразионные, абразионно­ аккумулятивные и аккумулятивные'отмели. Преобладающими в первые годы существования водохранилища являются абразионные отмели. Формирование отмели происходит абразионными ступениями, связанными с определенными уровнями. На отмели получил развитие подвижный акумулятивный слой, который полностью перемещается вниз по отмели при сработке водохранили­ ща и накапливается у основания откоса. У приглубых берегов на отмелях выделяется зона неволновой аккумуляции, в формировании которой прини­ мают участие фракции всех размеров и зависимости от литологического со­ става берега. Фракции размерами меньше 0,1 мм подвергаются некоторому выносу во*чвз'вешенном состоянии, но значительная их часть остается в этой зоне неволновой аккумуляции.

Наиболее интенсивное заиление установлено у интенсивно обрушающихся берегов, где на больших глубинах в прибрежной зоне формируются коричне­ вые илы. Наличие таких илов-у обрушения берегов отмечено в начальный пе­ риод эксплуатации Куйбышевского и других водохранилищ [63].

На отмелых берегах акватории водохранилища с уклонами 2—3°, сло­ женных рыхлыми породами, в первые годы также преобладали абразионные процессы. На исследованных участках аккумуляция составляла не более 6% от общего объема размытого материала.

Исследование видов берегов позволяет установить ведущие процессы и более правильно решить пространственную задачу прогноза. Анализом видо­ вых отличий переформирования берегов по отдельным участкам устанавли­ ваются особенности формирования приглубых оползнево-обвальных берегов в заливах при отсутствии волновой абразии.

Н. Г. Варазашвили и Макацария {30] исследовали влияние геоморфологи­ ческих условий на формирование берегов Сионского и других водохранилищ Закавказья. Результаты этих исследований подтверждают основные выводы автора о направленности развития берегов в зависимости от характера пер­ вичного рельефа. При больших колебаниях уровня на горных водохранилищах в зону^ переработки попадают геоморфологические образования, имеющие раз­ личный возраст и геологическое строение, что обусловливает не только коли­ чественные изменения, но и весь характер процесса. Особенно четко это про­

11 2

слеживается при попадании уровня в ходе его перемещения в пределах усту­ пов террас или их площадок. Примером может быть средняя и нижняя часть левобережья Сионского водохранилища, в частности, в районе бывшего с. Сини. Здесь при высоких горизонтах воды берега являются нейтральными и не подвергаются существенным изменениям. При сработке, уровня ниже бровки уступа второй террасы р. Иори весь берег становится абразионным. Отступ­ ление бровки берега достигает 3—5 м в год. В уступе террасы выработана ступенчатая отмель с площадками шириной до 5—6 л, ограниченная клиффом высотой до 1,5—2,5 м.

Влияние геоморфологических условий на формирование берегов устрановлено на других характерных участках Сионского водохранилища.

Глубоководная зона имеет асимметричное строение. Правый приглубый бе­ рег сложен делювиальными глинами и суглинками и подстилающими конгло­ мератами. Значительная крутизна склона (20° и более) и его сложение опре­ деляют интенсивность абразии с образованием у основания, склона большого количества валунов, отмытых из обрушенных пород, и образование естествен­ ной отмостки.

Приглубый левый берег, сложенный четвертичными глинистыми конгломе­ ратами, подвергается разрушению вследствие вымывания заполнителя.

Таким образом, переформирование берегов на отдельных участках Крас­ ноярского и Сионского водохранилищ отражает, с одной стороны, характер

образующую роль процессов заиления и занесения водохранилищ в более позд­ ние стадии развития котловин с учетом зонально-провинциального и регио­ нального характера природной среды водосборной территории и эксплуата­ ционного режима водохранилищ.

Нарушение бытового режима рек при создании гидроузлов приводит к заилению и занесению водохранилищ.

Заиление водохранилищ имеет зонально-провинциальный и региональный характер: насыщенность речного потока наносами определяется поступлением твердого стока с водосборной площади и транспортирующей способностью водного потока. Поступление твердого материала зависит от интенсивности эрозионных процессов на водосборе. Наиболее интенсивно эрозионные про­ цессы происходят на водосборах со значительными уклонами, сложенными рыхлыми породами и с бедным растительным покровом. Такие условия имеются в предгорных и горных районах. Меньше всего наносов переносится равнинными реками лесной зоны и реками, вытекающими из озер.

Изучением процессов заиления водохранилищ занимались многие исследо­ ватели. Особенно значительный вклад в изучение этих процессов и смежных вопросов внесли М. А. Великанов, И. И. Леви, Г. И. Шамов, И. В. Егиазаров, Е. В. Бдизняк, Н. И. Маккавеев, К. И. Российский, А. Е. Караушев, Н. Е. Кон­ дратьев, В. С. Кнороз, М. А. Дементьев, Г. В. Лопатин, Н. Н. Ягодин, С. Т. Алтунин, А. Г. Гвелесиани и Н. П. Шмальцель.

Речной поток, поступая в. водохранилище, быстро теряет свою скорость, растекается на большую ширину, транспортирующая способность потока резко уменьшается и вследствие этого значительная часть наносов оседает. В зоне выклинивания подпора накопление отложений происходит наиболее интенсивно, сначала образуется бар, а затем дельта. Бар формируется пре­ имущественно донными наносами. Процесс формирования отложений выше дельты представляет собой регрессивную аккумуляцию [138]. Более мелкие частицы, представляющие механическую примесь в воде, и мельчайшие части­ цы взвеси выносятся вниз по течению.

' При значительном насыщении реки мелкими наносами в водохранилищах возникает донное плотностное течение. Обладая более высокой плотностью, донный мутный поток опускается в придонные слои и движется по дну в на­ правлении к гидроузлу, где в низовой части водохранилища в донных слоях образуется «мутное» озеро. По мнению И. И. Леви [139], донный поток нано­ сов возникает не сразу, а лишь после того, как конус выноса продвинется на

значительное протяжение вниз но течению, и соотношение между его высотой

иглубиной воды в водохранилище превысит определенную величину. Поэтому

вначале эксплуатации водохранилища до образования донного потока ско­ рости течения весьма малы, и происходит интенсивное оседание наносов всех

фракций.

После возникновения донного потока скорости течения особенно при подъеме паводковых волн оказываются достаточными для переноса во взве­ шенном состоянии мельчайших частиц и некоторой части частиц диаметром 0,01—0,03 мм. Следовательно, наносы будут оседать по всей площади водо­ хранилища: в верховой зоне наиболее крупные фракции, преимущественно диаметром более 0,03—0,5 мм, в средней зове — более 0,01—0,05 мм и в ниж­ ней зоне — мельчайшие частицы менее 0,01—0,15 мм.

Вследствие отложения наносов происходит постепенное перемещение ко­ нуса выноса вниз по течению, и скорость этого перемещения зависит от гидро­ логического режима реки. В многоводный период при максимальном насы­ щении реки наносами скорость перемещения конуса выноса возрастает, а в маловодный — убывает. Скорость перемещения конуса выноса зависит от конфигурации водохранилища в плане, формы его дна и уклона поверхности конуса выноса. ,

Отложение наносов на низовом и промежуточном участках происходит наиболее интенсивно с наступлением паводка, когда в водохранилище возни­ кает лонное течение.

После окончания паводка и прекращения донного потока массы мутной воды в нижних слоях начинают стекать к сооружениям с постепенно убываю­ щей скоростью. При горизонтальном уровне воды начинается осаждение и уплотнение наносов. Уплотнение наносов происходит медленно и осадок сохра­ няет свойства текучести 1—2 месяца. Следовательно, в период паводка мут­ ность потока, сбрасываемого в нижний бьеф, будет равна мутности донного потока.

Одновременно с заилением водохранилища, обусловленного взвешенными наносами, происходит процесс занесения водохранилища за счёт отложения влекомых (донных и придонных) наносов. Более мелкие фракции донных на­ носов задерживаются в верховье водохранилища и перед конусом выноса отложений взвешенных наносов образуют гряду (называемую часто вторым конусом выноса), постепенно продвигающуюся по поверхности первого конуса к гидроузлу и одновременно распространяющуюся вверх по течению. Процесс продвижения второго конуса выноса происходит медленнее, так как объем стока влекомых наносов несравненно меньше объема взвешенных наносов.

На равнинных и горных реках процессы заиления имеют очень большие отличия.

На равнинных водохранилищах процесс заиления происходит сравни­ тельно медленно и имеет свои отличительные особенности. Большая часть по­ ступающих в водохранилища наносов (90—96%) аккумулируется и идет на заиление и занесение ложа. Заиление ложа равнинных водохранилищ проис­ ходит главным образом за счет продуктов обрушения берегов. ,

Вместе с тем процессы заиления и занесения являются лишь частью об­ щей эволюции котловин водохранилищ, имеющей различный характер по гидродинамическим зонам (по С. Л. Вендрову). Однако в этом учении не учитывается роль донного плотностного течения, значительная роль которого

вэволюции рельефа дна водохранилищ несомненна.

Впроцессе длительной эксплуатации равнинных водохранилищ происхо­ дит разнонаправленное развитие рельефа дна. Мелководные зоны подвергают­ ся занесению и зарастанию, а поверхность дна ложа на значительных участ­ ках размывается. Для формирования ложа и донных отложений равнинных

водохранилищ большое значение имеют не только взвешенные наносы, но и первичные почвогрунты. Трансформация первичных затопленных грунтов мо­ жет происходить перекрытием их наносами, заилением и занесением, а также вследствие размокания и размыва [63].

114