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

17S

O

O h

VO

«3

о

x

с л О См Й >»

о

Г--

s

O.

176

вышала 2 0 м в г о д , а в последние годы резко снизилась. Величина линейной переработки оерегов от 74 м (у с. Благовещенка) до 118 м (у с. Ивановка).

Повально-глыбовые абразионные берега, сложенные слабыми трещинова­ тыми известняками с прослоями мергелей, имеют развитие в пережимной ча­ сти водохранилища у с. Горностаевка, Большая Лепетиха, Качкаровка и др.

Формирование берегов происходит по схеме: сравнительно медленное об­ разование волноприбойных ниш — обвал нависшей породы — разрушение оовалившеися породы волноприбойным потоком с постепенным ростом абра-

Схема расположения поперечника

Рис. 71. Обвально-осыпной абразионный берег, сложенный песками у с. Адамовка

/ —суглинок лессовидный; / / —песок мелкозернистый и сред­ незернистый тонкослоистый.

знойной отмели. В период сработки водохранилища абразионные отмели об­ нажаются в виде узкого пляжа с нагромождениями обвалившихся глыб. Ши­ рина абразионной отмели от 35 до 100 м. Незначительная аккумуляция про­ исходит только у внешнего края отмели. Угол наклона отмели от 2° до 8,5°.

глинами, перекрытыми лессовидными породами, имеют широкое распростра­ нение (до 10% всего периметра) и наблюдаются у с. Ушкалка, Карай-Дубина, Михайловка, Анастасьевка, Васильевка и др. Особенности процесса перера­ ботки оползневых берегов состоит в том, что помимо повторения цикла с вы­ работкой волноприбойных ниш и последующих обвально-оползневых процес­ сов происходят подвижки оползневых масс, сопровождающиеся образованием абразионных останцев. В тех местах, где скорость абразии меньше скорости движения оползневых масс, бровка склона выдвигается в сторону водохрани­ лища в виде мыса. Вследствие этого усиливаются волновые процессы у под­

1969 гг. линейная переработка составила 99 м (с. Ушкалка), а ширина отме­ ли — 150—170 м с углами наклона около 1,5°.

Денудационно-абразионные берега, сложенные сарматскими известня­

ния известняков. Энергия волн уходит лишь на перемещение и переотложение

Низкие абразионные берега, сложенные четвертичными гумусированными суглинками и супесями, наблюдаются у с. Тарасовка, Марьинское. Новая Пав­ ловка, Красногригорьевка и др. Скорость линейной переработки берегов из­ меняется от 3,5 до 26 ж в год. В результате размыва берегов образовались

(Братское и Вилюйское), расположенные в различных физико-географических областях. Своеобразие процессов формирования берегов водохранилищ Сред­ ней Сибири связаны с ландшафтными особенностями побережий н прежде всего первичного рельефа, климата, геологического строения, а также нали­ чием островной и сплошной многолетней мерзлоты.

Водохранилища созданы в сравнительно древних и глубоко врезанных долинах, склоны которых сложены большей частью коренными, сильно выветрелыми осадочными породами и породами трапповой формации. Сравни­ тельно древние ландшафты на побережье водохранилища подвергаются су­ щественным изменениям вследствие подтопления и переработки берегов. Приглубый характер берегов способствует развитию не только абразии, а также оползней, обвалов, сколов и т. д. Наличие многолетней мерзлоты определяет

Интенсивное промерзание зимой и последующее оттаивание летом оказывают большое влияние не только на состояние устойчивости береговых склонов, но и отмели при сработке водохранилища. В зимнее время при низких уровнях происходит морозное разрушение увлажненных отложений отмели, а весной и летом при подъеме уровня породы разуплотненного слоя быстро размывают­ ся. По данным Г. М. Пуляевского [73, 174], на Братском водохранилище мощ­ ность такого «срезаемого» слоя достигает 1.3 м, что приводит к увеличению глубин на отмели и последукЛцему усилению абразии берегов.

Сравнительно короткий безморозный период, особенно в северных рай­ онах, обуславливает небольшую суммарную энергию ветрового волнения. На Каховском водохранилище наибольшая суммарная среднегодовая энергия ветровых волн составляет 358 тыс. тс ■м у с. Ушкалка [171], а на Усть-Илим­ ском водохранилище в сходных условиях, по определению автора, ѵ пос. Брус­ ничного— всего лишь 130 тыс. тс-м на метр длины берега.

Братское водохранилище. Братское водохранилище расположено в ЛеноАнгарской области, где островная многолетняя мерзлота развита преимущест­ венно на склонах и днищах небольших речных долин и логов. Поэтому в ус­ ловиях водохранилища процессы переформирования берегов, связанные с де­ градацией мерзлоты, имеют весьма ограниченное островное проявление.

Братское водохранилище по конфигурации и морфометрическим особен­ ностям разделяется на три ветви: Ангарскую, Окинскую и Ийскую, образо­ вавшиеся в одноименных долинах рек (рис. 72). Общая протяженность водо­ хранилища более 1000 км, длина береговой линии — 6000 км.

Морфология склонов котловины Братского водохранилища определяется наличием террас в затопленных долинах рек: поймы высотой до 4 л, I тер­

ты самых высоких террас выявлены преимущественно в долинах рек Белой и

1 7 і

\

•Оки. Аллювиальные песчано-галечниковые отложения на террасах высотой

более 70—80 м в непереотложенном состоянии сохранились лишь отдельными пятнами мощностью обычно от 0,5 до 3 м.

Значительные участки коренных склонов и склонов террас, образующих котловину Братского водохранилища, покрыты чехлом делювиальных суглин­

нии западной четверти. Максимальная скорость ветра отмечена в приплотинной части, где она достигала 21 м/сек.

По мере наполнения водохранилища в связи с увеличением длины раз­ гона волн и скорости ветра происходило усиление волновой деятельности.

Волны наибольшей высоты наблюдались у г. Заярска — 2,75 м, у г. Брат­ ска— 0,85 м, на Калтунском расширении— 1,1 м.

Анализ береговой полосы, выполненный Е. К- Гречищевым и др. [173], позволил наметить основные особенности развития берегов и установить, что протяженность абразионных берегов составит 2215 км (36,9% длины берего­ вой линии), денудационно-абразионных берегов — 2000 км (32%), аккумуля­ тивных— 559 км (9%) и эрозионных — 258 км (4,3%). Берега, сложенные рыхлыми четвертичными отложениями, составляют более 30% длины берего­ вой линии, где происходит наиболее значительная переработка берегов. По расчетам Е. К. Гречищева, в первые годы наполнения переработка аб­ разионных берегов, сложенных легкоразмываемыми породами, составит в ореднем от 10 до 25 jk в год, а в отдельных случаях бровка берега может

отступить до 50 м. Выполненные натурные наблюдения в период наполнения водохранилища показали, что это предположение оказалось правильным, хотя максимальное переформирование берегов в отдельных пунктах оказалось значительно больше. В первые годы в зависимости от особенностей рельефа и литологического состава пород ход процесса переформирования берегов был различным. Наиболее интенсивно развивались обвально-плывунные, обвально­ осыпные абразионные и оползневые берега. Рассмотрим характер переформи­ рования берегов на примерах отдельных участков, где эти процессы прояви­ лись наиболее интенсивно.

Характеристика обвально-плывунного берега на участке у п. Артумей ужеприведена в IV главе.

Обвально-осыпной абразионный берег на Усть-ІІйском участке сверху сложен песками и суглинками и ниже залегающими толстоплитчатыми пес­ чаниками ийской свиты ордовика. Наиболее интенсивно перерабатывается бе­ рег на расстоянии 4 км. Абразионный уступ высотой 3—4 м после завершения наполнения в 1963—1964 гг. отступал со скоростью до 14 м в год, в 1965—- 1966 гг.— 16—32 м в год. Ширина формирующейся отмели увеличилась от 10 до 40 м, уклон’ составляет 3—6°.

Оползнево-абразионные склоны, по данным Г. М. Пуляевского [174, 175],' в пределах основной части водохранилища'занимают около 250 км (4,1% длины береговой линии). Большая часть оползней находится на меридиональ­ ной части ангарской акватории и в верхнеокском заливе. В пределах водохра­ нилища развиты блоковые, глыбовые и сложные оползни, формирующиеся в карбонатных отложениях . нижнего кембрия, карбонатно-глинистых — кембро-' ордовика и песчаниково-глинистых породах ордовика. При одинаковой мор­ фологии оползней происхождение их различно. В карбонатных породах об­ разование оползней связано с процессами карста, активно протекающими на отметках уровня воды и ослабляющими несущую способность горных пород. Поверхности скольжения приурочены к ослабленным выщелоченным зонам от­ ложений, В песчаниково-глинистых отложениях процесс оползания опреде­ ляется пластическими свойствами глинистых пород, а поверхности скольжения приурочены к плоскостям наслоения этих пород и трещинам различного гене­ зиса. Блоковые оползни распространены на участках долин, где граница меж­ ду глинистыми отложениями кембрия и жесткими породами ордовика оказы­ вается на отметках, близких к уровню реки. Размеры и количество блоков за­ висит от свойств перекрывающих и, подстилающих пород. В условиях кем'броордовикских отложений ширина блоков достигает 20—30 ж и их количеств» доходит до 11—13.

При наполнении водохранилища основные деформации блоковых ополз­ ней происходили в виде провалов, приуроченных к рвам. Провалы имеют форму воронок с отвесными или нависающими стенками глубиной до 3 м. Диаметр воронок колеблется от нескольких дециметров до 3—4 м. Провалы распространяются на расстоянии до 300 м от линии берега.

Наполнение водохранилища привело не только к активизации древних оползней, но и к образованию оползней на делювиальных склонах и сложен­ ных глинистыми отложениями братской свиты. Эти оползни приурочены обычно к склонам южной экспозиции, где наиболее активно происходят про­ цессы выветривания. Поверхность скольжения находится на глубинах сезон­ ного промерзания и нулевых амплитуд колебания температур горных пород.

(рис. 73). При наполнении водохранилища возникли условия смачивания, ко­ торые привели к новым интенсивным подвижкам на этом древнем оползневом склоне, где образовались ступени шириной до 25—30 м и длиной до 40—50 м. Ветровое волнение способствовало ускорению процесса оползания. Величина отступания бровки берега достигает 20 м в год.

Вилюйское водохранилище. Материалы по формированию берегов водо­ хранилищ в условиях распространения сплошной многолетней мерзлоты очень малочисленны в связи с тем, что строительство крупных гидроэлектростанций

180

я этих районах, по-существу, еще только начинается. О формировании бере­ гов этих водохранилищ в литературе имеются сведения, полученные исходя из общих закономерностей развития берегов моря [176, 177, 178, 179], а также оерегов озер и некоторых водохранилищ, расположенных в районах распро­ странения многолетней мерзлоты [178, 180, 181].

На основании указанных работ можно считать, что переформирование

•оерегов водохранилищ в этих районах определяется наличием многолетнемерзтых пород и его необходимо рассматривать в связи с общей эволюцией во-

Рис. 73. Оползнево-абразионный берег у горы Монастыр­ ской на Братском водохранилище.

доема, определяемой местными условиями. Непрерывное протаивание мерз­ лых пород и последующий вынос материала волнением и течениями состав­ ляют сущность подводной термоабразии [179]. Термоабразия сопровождается проявлением термокарста, термоденудации и увеличением глубин в прибреж­ ной зоне. Е. В. Клюевым [179] установлено, что берег моря Лаптевых на Ана- баро-Оленекском взморье отступает в среднем на 4—5 м в год. При этом за 15—20 лет произошло увеличение глубин моря: на глубинах 5—6 м на 0,4— 0,6 м, в наиболее вогнутой части склона на глубинах 3,5 .и'на 0,8—1,0 м, не­ посредственно в прибрежной зоне на 0,4—0,6 м.

В связи с особыми условиями создания водохранилищ в условиях много­ летней мерзлоты и необходимостью прогнозирования не только формирования береговой зоны, но и всей эволюции искусственных водоемов, изучение этих вопросов становится особенно актуальным. Наиболее полная характеристика переработки берегов Вилюйского водохранилища содержится в работе В. М. Широкова [182].

Вилюйское водохранилище имеет протяженность по р. Вилюю 469 км. Средняя ширина — 4,62 км, а максимальная — 15 км. Суровые климатические условия Вилюйского водохранилища предопределяют преобладание на скло­ нах физического выветривания, термокарста и солифлюкции. Проявление этих процессов в тесной взаимосвязи с термоабразией приводит к формированию в прибрежной зоне щебнисто-глыбовых и галечннковых отложений. Суглини­ стые и глинистые породы большей частью в прибрежной зоне взмучиваются и уносятся в открытую часть водоёма [182].

Повсеместное распространение многолетнемерзлых грунтов, приглубый характер берегов, а также тесное взаимодействие современных физико-гео­ логических процессов и термоабразии определяют разнообразие формирующих­ ся берегов. По предварительной классификации В. М. Широкова на Вилюйском водохранилище выделяются четыре группы берегов (табл. 31).

181

Таблица 31

Наибольшее распространение в начальный период эксплуатации водохра- н-илища получили нейтральные берега, в приближенной зоне которых оказался

Рис. 74. Берега Вилюгіского водохранилища [182]

/ —область осадочных пород; 2—трапповое плаго; 3—область трапповых даек; 4 -районы обрушения берегов летом 1968 г.; 5 -предполагаемые участки интенсивного обрушения берегов; о—границы районов. Гидроморфологические районы водохранилища: I -приплотинный; / / —Биллях- скнй озеровидный плес с Кусаганским заливом; III Усть-Чонекин озеровиднын плес; I V —Вилюйская озеровидна« петля: V —Нижне-Чон- ский озеровидный плес; V7районы переменного подпора по р. Чоне;

VII -районы переменного подпора по р. Вилюю.

барьер древесно-кустарниковых растений. Эти берега различного геологиче­ ского строения, но развитие их определяется наличием древесно-кустарниковой растительности (рис. 74).

1 8 2

Склоны покрыты преимущественно даурской лиственницей, предохраняю­ щей берега от размыва. Ориентировочно В. М. Широков предполагает, что эти лесные массивы сохранятся не менее 10—15 лет. Процесс перехода ней­ тральных берегов. в абразионные будет происходить медленно. Через 18— 20 лет абразионные берега составят 500 км или 18,2% всей береговой линии.

Торфяные берега образовались в местах затопления торфяных залежей. Более 50% из общей площади 60 км2 относятся к категории всплывающих. В связи со сложной конфигурацией водохранилища предполагается, что силавины будут прибиваться к берегу в тех же озеровидных блесах, где они всплы­ вали. К нейтральным относятся берега с уклонами менее 4°, покрытые обыч­ но сфагновым мхом и кустарниковой растительностью. В ходе эксплуатации водохранилища эти берега могут переходить в термокарстовые и слабоабра­

зионные из-за отепляющего действия водоема.

Исследованиями О. Н. Толстихина [183] на р. Колыме в период’ длитель­ ного и высокого паводка 1965 г. установлено, что скорость обрушения бере­ гов, сложенных аллювием, в это время составляла до 5 м за месяц, за бровкой террасы возникали термокарстовые просадки в полосе шириной до 20 м. Сле­ довательно, в приурезовой полосе водохранилища термокарстовые просадки бѵдут происходить более интенсивно в связи с более длительным затоплением склонов и последующей сработкой водохранилища. Протяженность нейтраль­ ных берегов в период начальной эксплуатации водоема составляет более 1200 км. В дальнейшем их протяженность составит не более 600 км [182].

Формирование абразионных берегов началось после первого этапа затоп­ ления весной 1967 г. Наполнение в 1968 г. достигло тех же отметок, что и в первый год наполнения. Поэтому на отдельных участках происходили значи­ тельные обрушения берегов, сложенных делювиальными отложениями. В приу­ резовой части склонов образовались невысокие абразионные уступы высотой

тие, затронув размывом не только делювиальные отложения, но и участки, сложенные рыхлыми туфовыми породами.

Наиболее широкое распространение получили слабосолифлюкционпые бе­ рега, сложенные многолетнемерз.пыми породами: галечниками, песками и супе­ сями со значительными включениями суглинка, дресвы, щебня н валунов с тонкими прослоями и линзами льда. Процесс абразии начинается уничтоже­ нием дерновомохового н растительного покрова, а затем размыву подвер­ гаются породы, слагающие склоны. Размыв склонов сопровождается оттаи­ ванием склонов до 2 м и развитием солифлюкцни, начиная с мая и до конца сентября. Оттаявшая толща подвергается размыву ветровыми волнами, в при­ брежной зоне формируется отмель, сложенная галечно-щебенистым материа­ лом.

Денудационные берега, сложенные туфами и туфопесчаниками, широко представлены в Нижне-Чонском озеровидном плесе. В связи со значительной выветрелостью туфогенные породы при затоплении быстро разрушаются на мелкие агрегаты, образуются значительные толщи мелкого щебня, дресвы и глыб.

Денудационные берега, сложенные трапповыми породами (долеритами, базальтами, диабазами), широко распространены на суженных участках меж­ ду озеровидными плесами. Эти скальные берега обычно имеют крутые обры­ вистые склоны к водохранилищу.

При наличии повышенной трещиноватости в условиях колебаний-,уровня поды могут возникать значительные сколы, срывы и обвалы.

Курумово-осыпные берега приурочены к щебнистым крутым склонам с уклонами более 25—30°. Курумы формируются за счет морозного выветри­ вания скальных пород, а в летнее время хорошо оттаивают. По своей форме в плане это узкие и расширяющиеся внизу потоки, имеющие обычно выпуклый профиль.

183

При наполнении водохранилища намокание и волновые воздействия в основании курумов и осыпей привели к периодическим подвижкам и обра­ зованию осовов, а в подводной части — небольших галечно-щебнистых пляжей.

В период начальной эксплуатации водохранилища аккумулятивные про­ цессы не получили широкого развития.

климата. Поэтому в переформировании берегов существенную роль играют процессы размокания и растворения пород. Большую роль в переформирова­ нии берегов играют эоловые процессы. Объемы разрушения берегов в резуль­ тате действия ветра соизмеримы, а иногда и превышают волновые размывы [157]. Рельефообразующая роль ветра проявляется путем непосредственного выдувания песков, слагающих берег, а также развевания песков с обнажив­ шихся отмелей в периоды сработки водохранилища. Выдувание песка с от­ мели приводит к увеличению глубин, а следовательно, к увеличению размы­ вающей энергии ветровых волн во время последующего наполнения водохра­

нилища.

Эволюция чаши водохранилищ Средней Азии происходит не только в .ре­ зультате отложения взвешенных и донных наносов, транспортируемых рекой,

но и продуктов селевых потоков.

Весьма существенную роль в процессе заиления играет эоловый перенос песчаных и пылеватых частиц на зеркало водохранилищ. Например, коли­ чество пылеватых частиц, принесенных ветром на зеркало Фархадского водо­ хранилища, составляет 6% общего объема его заиления (С. Т. Алтунин, 1964).

Высокая интенсивность процессов взаимодействия водной массы с берегами обусловлена также очень большой продолжительностью безмороз­ ного периода (до 250 дней). В южных районах, в частности на Чардаринском водохранилище, ледостав совсем не наблюдается.

Чардариңское водохранилище. В ландшафтном отношении водохранили­ ще находится в пустынной зоне и может рассматриваться в качестве примера равнинного долинного водохранилища этой зоны. Водохранилище создано

расы (четвертая и пятая) и массивы, резко возвышающиеся над молодыми террасами обрывистыми уступами высотой до 40 м и более. Общая длина бе­ реговой линии 180 км. Правый берег в пригоютинной части на расстоянии 6 км сложен меловыми красноватыми и светло-зелеными глинами, далее на протяжении 15 км — супесями, суглинками с линзовидными прослоями тонко­ зернистых песков, слагающих четвертую террасу, и остальные 70 км правого берега — лессовидными супесями, легкими суглинками и каменными лессами общей мощностью от 5 до 20 м и более.

Левый берег до Арнасайского лога представляет собой песчаную пустыню Кызылкумов. Пески преимущественно мелкозернистые, пылеватые и серовато­ желтые мощностью 30—35 м. Далее до верховьев берегом водохранилища яв­ ляется равнина Голодной степи, сложенная супесями и легкими лессовидными суглинками с линзовидными прослойками тонкозернистых песков.

По характеру формирования 3. Халматов и Р. Н. Халматова [184] на Чардаринском водохранилище выделяют абразионные, аккумулятивные и ней­ тральные берега.

Абразионные берега имеют наибольшее распространение (90% общей длины береговой линии, рис. 75). Они имеют обрывистые абразионные усту­ пы в пределах четвертой террасы р. Сырдарьи и отложений ташкентского комплекса (суглинков и супесей). На правом берегу абразионные берега на-

184