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

При большом подъеме уровня размыву могут подвергаться склоны, сло­ женные коренными породами или делювиалыш-проллювиальными отложе­ ниями. В последнем случае переформирование определяется уклоном первич­ ного рельефа и интенсивностью волнения.

На горных долинных водохранилищах преобладают вертикальные раз­ мывы в связи со значительными колебаниями уровня и преобладанием кру­ тых склонов. Формируется крутая ступенчатая отмель. Заиление водохранили­ ща приводит к снижению абразии или полному ее затуханию в нижней части склона. Среди горных водохранилищ выделяются предгорные, формирование берегов которых во многом определяется характером строения берегов и гео­ логического состава горных пород. Сравнительно широкие долины, сложенные на значительных участках рыхлыми аллювиальными или проллювиальными отложениями, в условиях водохранилищ подвергаются активной абразии, а также оползневым и обвальным процессам.

На характер формирования берегов водохранилищ большое влияние ока­ зывает зонально-провинциальный и региональный характер природных усло­ вий.

Зонально-провинциальный характер природной среды освещен в трудах советских исследователей (С. В. Калесник, А. Г. Исаченко, А. М. Алпатьев, А, М. Архангельский, Н. А. Гвоздецкий и другие).

Влияние природных условий на формирование берегов водохранилищ на­ столько велико, что позволяет считать этот процесс зонально-провинциальным и региональным. Только с позиций зонально-провинциального и регионального характера природных условий можно понять и доказать основные особенности процессов формирования берегов водохранилищ. Это влияние устанавливается в качественных и количественных особенностях процессов, в частности, дли­ тельности абразии, роли растительного покрова, являющегося в определенных условиях ведущим процессом формирования берегов, режиме осадков, определеляющим твердый сток и развитие прибрежных эрозионных форм. Зонально-провинциальный характер переформирования берегов проявляется в развитии в определенных природных условиях различных берегов, в част­ ности термоабразионных берегов, абразионных берегов, сложенных лессо­ выми породами, абразионных берегов, сложенных породами формации рав­ нинного оледенения и других.

Длительность безледоставного периода имеет зонально-провинциальный характер и определяет длительность ежегодной абразии. По данным С. Л. Вендрова и И. Н. Стеженской [21], увеличение абразии и других форм разрушения берегов в Западной Сибири при движении с севера на юг происходит значи­ тельно медленнее, чем на востоке Европейской части СССР. К западу от Ура­ ла для увеличения длительности абразии на 1/5—1/4 по сравнению с пунктом, расположенным на 65,5° (Усть-Цильма), надо опуститься на юг на 6—9° (до Березников и Сарапула). К востоку от Урала для такого увеличения нужно уйти на юг на 12° (от Мужи до Каменьша-Оби и Барнаула) и южнее.

Увеличение длительности абразии на Волжско-Камской трассе в полторатри раза интенсивнее, чем на Оби.

Исследованиями Е. Г. Качугина [68] было установлено, что процесс раз­ мыва берегов водохранилищ во времени характеризуется кривой параболиче­ ского типа. Как показывает анализ материалов натурных наблюдений в дей­ ствительности это положение справедливо лишь для водохранилищ, имею­ щих небольшие колебания уровня и сравнительно стабильное положение в безледоставный период.

На равнинных долинных водохранилищах и горных водохранилищах кри­ вые переформирования абразионных берегов имеют вид крутой ломаной ли­ нии с ясно выраженными изломами в связи со значительными колебаниями уровня. Как уже было рассмотрено во II главе, увеличение объемов перефор­ мирования берегов связано также с форсировкой уровня выше отметок НПУ, когда сформировавшиеся ранее отмели утрачивают свою защитную роль.

Кроме того, при построении кривых размыва абразионных берегов уда­ лось установить количественное проявление зонально-провинциального харак­ тера формирования берегов. В лесной зоне процесс переформирования берегов

14S

10

Рис. 58. Кривые размыва обвально-осыпных абразионных бе­ регов водохранилищ

а-Горьковское водохранилище: / —Андроново, 2—Рыжкове, 3 — Вашуриха, 4— Сокольское; б-Волгоградское водохранилище: /-Рахинка, 2-Ровное, 5— Нижний Балыклей, 4 — Бережновка; а—Каховское водохранилище: / —Ниж­ ний Рогачик, 2-Ушкалка, 3—Покровское, /-Капуловка, 5—Марьинское;

146

происходит менее интенсивно, чем в лесостепной и степной. Максимальные величины переработки абразионных берегов за 10 лет эксплуатации водохра­ нилищ в степной и лесостепной зоне составляют 180—220 м, а в лесной зоне всего лишь 40—60 м (Горьковское водохранилище, рис. 58).

Такие различия связаны не только с длительностью безледоставного пе­ риода, характером ветров и режимов осадков, а также геоморфологическим строением береговой полосы. В лесостепной и степной зоне берега водохра­ нилищ большей частью сложены малоустойчивыми лессовыми и лессовидными породами. В провинциях лесной зоны береговая полоса водохранилищ сло­ жена более устойчивыми размыву породами формации равнинного оледене­ ния. Особенности этих пород тесно связаны и обусловлены зонально-провин­ циальным характером природных условий.

Зонально-провинциальный характер формирования берегов прослежи­ вается по другим количественным показателям, в частности по величине мак­ симальных объемов обрушения берегов, сложенных рыхлыми породами.

регов на Горьковском водохранилище, Рыбинском и Камском, расположенных в лесной зоне, меньше чем на Днепровском и Каховском, расположенных в ле­ состепной и степной зоне. Максимальные средние величины обрушения бере­ гов ,в 1 год установлены на водохранилищах Средней Азии (Чардаринское— 53 м3/м.) и в Закавказье на Мингечаурском (54 м3/м.), расположенных в предгорьях в полупустынной и пустынной зоне.

Учитывая зонально-провинциальный и региональный характер формиро­ вания берегов на территории СССР следует различать несколько региональ­ ных групп водохранилищ:

1)водохранилища Русской равнины;

2)водохранилища Западно-Сибирской равнины;

3)водохранилища Средней Сибири;

4)горные и предгорные водохранилища Закавказья;

о) горные и предгорные водохранилища Средней Азии; 6) горные и предгорные'водохранилища Алтае-Саянской страны.

Следует различать также проектируемые и строящиеся водохранилища Байкальской горной страны, Амурско-Уссурийской страны и других. Общие черты выделенных групп водохранилищ определяются общностью природных условий физико-географических стран. В качестве примера можно считать, что для водохранилищ Русской равнины в связи с созданием их в неглубоко вре­ занных и широких долинах характерны небольшие глубины и значительные размеры по площади. Берега большей частью сложены легко размываемыми рыхлыми горными породами, что определяет интенсивное развитие абразии. Водохранилища Средней Сибири созданы и создаются в более глубоко врезан­ ных долинах, сложенных большей частью скалистыми горными породами, что определяет более значительные глубины и лриглубый характер берегов.

В зону наиболее активного взаимодействия попадают более древние по возрасту формы рельефа, подверженные интенсивному выветриванию. В свя­ зи с этим получают своеобразные проявления волновая абразия и неволновые процессы. Широкое распространение многолетней мерзлоты также определяет своеобразие процессов формирования берегов. В отличие от равнинных гарные долинные водохранилища характеризуются очень большими глубинами в свя­ зи с созданием их в глубоких долинах. На горных водохранилищах, в част­ ности водохранилищах Закавказья, в связи с большими колебаниями уровня в зоне воздействия водной массы оказываются склоны различного происхож­ дения, что определяет различную направленность развития берегов на раз­ ных высотных отметках.

В пределах выделенных групп водохранилищ можно выделить более мел­ кие подразделения — зонально-провинциальные подгруппы. Например, водо­ хранилища провинции лесной зоны Русской равнины. В соответствии с приня-

Таблица 20

Объемы обрушения обвально-осыпных абразионных берегов

Рыбинское водохранилище (1949--1968 гг.)

148

Продолжение

той классификацией водохранилищ по характеру взаимодействия с береговой полосой, учитывающей особенности эксплуатационного режима, с одной сто­ роны, и, с другой, — природной среды, рассмотрим основные особенности фор­ мирования берегов водохранилищ СССР (табл. 21).

Формирование берегов рассматривается на отдельных примерах, пред­ ставляющих собой зонально-провинциальные типы водохранилищ по харак­ теру взаимодействия с береговой полосой.

§ 2. Равнинные долинные водохранилища с небольшими

. колебаниями уровня

На равнинных долинных водохранилищах с устойчивым положением уров­ ня или небольшой сработкой ,в бсзледоставный период взаимодействие водной массы с береговой полосой происходит в сравнительно небольшой по высоте зоне, обычно в пределах колебаний уровней (0,7'—0,9 м) и волнового воздей­ ствия, а в течение года до 3—6 м. На этих водохранилищах преобладают аб­ разионные процессы переформирования берегов, которые происходят в преде­ лах одной и той же сравнительно узкой по высоте зоне волнового воздейст­ вия и колебаний уровня. Поэтому формирование устойчивой береговой отмели и всего профиля динамического равновесия берега происходит интенсивно и относительно быстро. Подвижный аккумулятивный слой на абразионной части отмели небольшой мощности, обычно в первые 10—12 лет немного больше величины колебаний уровня в безледоставный период (до 0,7—0,8 м). На этих водохранилищах особенно благоприятные условия для формирования устойчи­ вых берегов создаются тогда, когда уровень воды к осеннему штормовому периоду регулярно из года в год несколько понижается. Благодаря этому сформировавшиеся отмели разрушаются мало, и это предохраняет от размы­ ва и обрушения надводные береговые откосы.

В связи с образованием водохранилища активное развитие получает вы­ ветривание, склоновая эрозия, суффозия, оползни и другие процессы. Однако на большой части береговой полосы ведущими являются абразионные про­ цессы.

Существенные отличия переформирования берегов обусловлены зонально­ провинциальным характером природной среды района водохранилища. По­ этому целесообразно рассмотреть переформирование берегов на примерах от­ дельных наиболее характерных водохранилищ, расположенных в различных провинциях природных зон: Горьковское, Камское, Киевское (лесная зона), Волгоградское и Днепровское (степная зона). Некоторые особенности водо­ хранилищ лесостепной зоны приводятся для сравнения.

Водохранилища провинции лесной зоны Русской равнины с небольшими колебаниями уровня

Наиболее крупными долинными водохранилищами с небольшими колеба­ ниями уровня воды в провинции лесной зоны являются Горьковское, Кам­ ское и Киевское. Как уже было отмечено, процессы формирования берегов

1 4 9

Таблица 21

Классификация водохранилищ СССР по характеру взаимодействия с береговой полосой (11)

менных озер (о. Зайсан, о. Байкал). В каждом типе выделяются два подтипа:

1) озерные водохрани­ лища, „вписавшиеся“ в береговой полосу;

2) озерные водохрани­ лища, не вписавшиеся в береговую полосу.

150

происходят в этой зоне менее интенсивно, чем в лесостепной зоне и имеют качественные отличия. Эти отличия связаны прежде всего с климатическими различиями, в частности с менее продолжительным безморозным периодом, определяющими длительность абразии. Другое отличие связано с тем, что во­ дохранилища созданы в слабоврезанных долинах, берега которых сложены преимущественно ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями. В связи со сравнительно небольшим врезом долин и «молодыми» ландшафтами их динамическое равновесие нарушается меньше, чем в более южных природ­ ных зонах. Формирование берегов имеет свои особенности. Выработка под­ водных и надводных абразионных форм на берегах, сложенных моренными отложениями, происходит с образованием естественной «отмостки» из скап­ ливающихся валунов у уреза воды. Эти скопления приводят к образованию своеобразного крутого пляжа и на значительных участках образуют поверх­ ностный слой отмели. Вследствие этого переработка берегов резко снижается.

Для водохранилищ этой провинции характерны большие площади мел­ ководий и широкое распространение низких берегов.

Так, на Киевском водохранилище в связи с особенностями первичного рельефа при общей площади 922 км2 мелководья (с глубинами менее 2 м) составляют 34%. Поэтому на Киевском водохранилище широко распростра­ нены нейтральные и на значительных участках зарастающие берега. Протяженность таких берегов, не подверженных абразионной переработке, составляет 145 км или 47% длины береговой линии. Для Горьковского водо­ хранилища также характерна большая протяженность нейтральных берегов (244 км или 58% длины его озеровидной части).

С провинциальными отличиями природной среды связано своеобразие бе­ регов Камского водохранилища. В связи с более возвышенной территорией и значительным врезом долины р. Камы широкое распространение получили при­ глубью берега. Наличие карстующихея пород обусловило формирование абра­ зионно-карстовых берегов.

Горьковское водохранилище. Горьковское водохранилище создано в сред­ нем течении р. Волги и по морфологическим особенностям разделяется на две части: низовую озеровидную, от плотины у г. Городца до устья р. Елнать,

характеристика переформирования берегов в основном озеровидной глубоко­ водной зоны, так как в верховой части переформирование проявилось очень мало.

В озеровидной части водохранилища берега в ооновании разреза сложе­ ны верхнепермскими, нижнетриасовыми и верхнеюрскими глинистыми отло­ жениями, перекрытыми верхнечетвертичными рыхлыми отложениями. На пра­ вом берегу четвертичные образования представлены озерно-ледниковыми и озерно-аллювиальными песчаными и супесчаными породами, а на левом бе­ регу — ледниковыми моренными суглинками и флювиогляциальными песками и супесями. В озеровидной части южнее г. Юрьевца триасовые и юрские обра­

зования не встречаются.

На участке между гг. Юрьевцом, Пучежом и Чкаловской на правом бе­ регу над урезом воды выходят верхнепермекие песчанистые и частично известковистые глины с прослоями алевролитов и мергелей. С выходами перм­ ских глинистых пород связано образование оползневых процессов.

Наполнение Горьковского водохранилища началось в октябре 1955 г. и при некоторой сработке в 1956 г и начале 1957 г. продолжалось до июня 1957 г.

Для уровенного режима Горьковского водохранилища характерна незна­ чительная навигационная и небольшая годовая сработка (не более 3 ж). На­ полнение происходит во второй половине апреля и заканчивается в конце по­ ловодья в мае. В течение всей навигации поддерживаются уровни на отметке НПУ. Форсировка уровня допускается на 10—30 см. Перед весенним поло­ водье,м происходит обязательная сработка уровня на 2 ж и иногда на 3 ж. Ледостав на водохранилище происходит в ноябре, а вскрытие во второй поло­ вине апреля. . .

151

В табл. 22 приведены данные о количестве волн определенной высоты

б%, по постам о. Сокольский и г. Чкаловск (Волжская ГМО, 1966).

Из таблицы видно, что преобладают волны высотой до 70 см, а волны высотой более 100 см наблюдаются редко. Н. А. Ярославцев [164] отмечает, что на Горьковском водохранилище волна высотой 2 м наблюдается ежегод­ но, а наибольшая зарегистрированная волна равна 2,3 м.

Переформирование берегов проявилось с первых лет наполнения водохра­ нилища и затронуло 42% общей длины береговой линии озеровидной части. Переработке не подвергаются берега с очень пологими уклонами и в заливах по долинам притоков рр. Немда, Унона, Юг, Троца, Санихты и др.

В период первоначального наполнения (с 1955 по 1957 гг.) происходил ин­ тенсивный размыв берегов при уровне воды на 2 и 3,5 м ниже НПУ. В резуль­ тате этого размыва на берегах, сложенных рыхлыми породами, образовались две ступени абразионной отмели. Первая, наиболее низкая ступень, прекра­ тила свое развитие и была погребена под наносами после подъема воды. Вто­ рая ступень располагается на более высоких отметках и продолжает разви­ ваться за счет размыва первоначального склона и аккумуляции на внешнем крае отмели [164].

По xaparrepj формирования и особенностям строения в озеровидной части Горьковского водохранилища выделяются абразионные, нейтральные и аккумулятивные берега (табл. 23).

Эти данные показывают, что в озеровидной части Горьковского водохра­ нилища получили широкое распространение абразионные, интенсивно абра-

152

переместилась на 14—35 м (рис. 60). В первые три года после напол­ нения водохранилища до НПУ ши­ рина абразионной отмели достигла 10—15 м, а в последующие семь лет

от 1 до 4°, а всей отмели от 1°40' до 5°54С Общая ширина отмели до­ стигла 23—62 м.

Рис. 59. Типы берегов Горьковского водохранилища [70, 71]

1 —обйально-осьшные абразионные; 2 —ополз- иеьо-ибвальные абразионные; 3—нейтральные или аккумулятивные.

Таблица 24

Линейная переработка берегов Горьковского водохранилища [84j

Отступание бровки берега, м

Средняя величина размыва на участке у п. Сокольское за 10 лет соста­ вила 153,3 ж3 на 1 м берега, у д. Андроново — 136,4 л 3, у д. Вашуриха —

145 м \

153

Обвально-осыпные абразионные берега, сложенные песками с галькой й гравием, получили развитие в районе г. Юрьевца. За 10 лет наблюдений (1957—1966 гг.) бровка нового Обрыва отступила вверх по крутому (до 85°) и высокому (до 40 ж) склону от 11 до 37 м и местами достигла бровки преж­ него склона. Ширина абразионной части отмели, выработанной в песках с гра-

Схема расположения поперечника 72

вием и галькой, не превышает 10—15 м. Общая ширина отмели вместе с ее аккумулятивной частью к концу 1966 г. составила 21—31 л«. Уклон абразион­ ной части отмели Г—1о30'. Крутизна откоса отмели 21°. Средняя величина размыва берега за 10 лет составила 146 л 3 на 1 л береговой линии.

Обвально-осыпные абразионные берега, сложенные в основании обрыва моренными валунными суглинками, а выше — озерно-ледниковыми и флювиогляциальными песками и супесями, получили развитие у д. Рыжково. Абрази­ онная отмель выработана в валунных суглинках и имеет уклоны от 1°20' до 3—4°. Соотношение абразионной и аккумулятивной частей от 5 :2 до 1:2. Уклон подводного откоса отмели изменяется от 22 до 30°. Общая ширина от­ мели в конце 1966 г. от 22 до 58 лг.

Средняя величина размыва берега за 10 лет составила 132,2 ж3 на 1 ж береговой линии. Величина отступания береговой линии при НПУ составляет

13—37 ж. - j

Низкие абразионные берега не испытывают больших изменений в надвод­ ной части. В подводной части происходит интенсивная аккумуляция, что при­ водит к значительному изменению подводного рельефа.

Оползнево-обвальные абразионные берега, сложенные пермскими песчани­ стыми и частично известковистыми глинами с прослоями алевролитов и мер­ гелей и выше залегающими моренными валунными суглинками и озерно-лед­ никовыми песками, значительное развитие получили в районе г. Чкаловска. Берега обычно приглубые (глубина 12—20 ж) высотой над НПУ от 17 до 22 ж. В течение 1957—1964 гг. бровка продвинулась в глубь берега на 13—39 ж. При этом ширина абразионной части отмели к концу 1964 г. не превышала 20—•

154