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

2 * я

g Ч яз

U*

вОQ,>>4*у

оо

“; з <иX- 2 ° г

•**soWh :

С я ;

Г7«э о о о '"*

о

« = s £

© Я 5

» я g

К '

а.

s о

со s |X

о •г «3 о

и

tu

Рн

Ю

Ь-

5 ^ 1

%! * >

ио

Й * 3 <и

IS

185

чинаются у плотины и'прослеживаются до хвостовой части водохранилища, а на левом — абразионные берега также начинаются от плотины и до Арнасайской перемычки представлены Кызылкумскими эоловыми песками. Берега водохранилища изрезаны многочисленными оврагами. Интенсивное перефор­ мирование берегов Чардаринского водохранилища началось с первого года (1965 г.) эксплуатации. После наполнения водохранилища широкое распро­ странение получили берега с высотой уступа от 1 до 3 м, от 4 до 5 м и от

5 до 10 м.

Наблюдениями установлены существенные отличия переформирования бе­ регов, сложенных различными породами. Переработка берегов, сложенных гли­ нистыми породами, происходит интенсивно. За 60 дней второго года эксплуа­ тации берег отступил на 2,8—3,5 м, при этом объем размытых пород составил 28—36 м31м (табл. 32, ств. 1—4). Берега, сложенные голодностепским комп­ лексом (супесями и лессовидными суглинками), в первый год эксплуатации очень интенсивно перерабатывались в течение 6 месяцев в условиях постепен­ ного подъема уровня воды. Берега отступили от 5,5 м до 18,5 м (ств. 5).

зылкумскими песками. В первый'год эксплуатации берег отступил на 20—33 м. Объем размытых пород составил от 20 до 90 м3/м. Крутизна отмелей пер­ вого года по всем трем створам не превышает 3°.

186

и обрушения, особы, щели размыва, ниши размыва, абразионные останцы, аб­ разионные площадки, уступы и оползли.

Обвалы и обрушения характерны для лессовых пород. Столбчатая струк­ тура лессовых пород способствует образованию вертикальных уступов, а так­ же трещин за бровкой. Трещины отрыва образуются при изменении, распре­ деления естественных напряжений в массиве пород вследствие боковой раз­ грузки, а также уменьшения прочности пород в несколько раз в зоне капил­ лярного и переменного водонасыщення.

Аккумулятивные берега формируются в хвостовой части водохранилища в результате затопления плоских и широких поверхностен первой, второй и третьей террас. Здесь происходит в основном аккумуляция наносов, прино­ симых р. Сырдарьей.

Нейтральные берега образуются на участках затопления пологой поверх­ ности четвертой террасы. Крутизна поверхности надводного и подводного склона не превышает 2—3°. На этих берегах не наблюдается существенного изменения рельефа.

§ 4. Горные долинные водохранилища

Горные долинные водохранилища характеризуются значительными глу­ бинами и преобладанием крутых, высоких и сложных по генезису склонов, что определяется геоморфологическими особенностями речных долин. Глубокий врез долин и крутые сложные склоны обусловлены интенсивным проявлением новейших тектонических движений в горных районах.

Геоморфологическое строение горных долин и эксплуатационный режим водохранилищ определяют своеобразие переформирования берегов водохра­ нилищ. В отличие от равнинных на горных долинных водохранилищах в связи с большими колебаниями уровня в. зоне непосредственного воздействия вод­ ной массы оказываются склоны различного происхождения, чем обусловли­ ваются более сложные процессы переработки берегов. В связи с нриглубым характером берегов и значительными колебаниями уровня зона взаимодейст­ вия воды с берегом возрастает до 60—80 м, значительное развитие получают оползневые процессы. Преобладающее развитие получают абразионные от­ мели, имеющие более крутые уклоны по сравнению с равнинными водохрани­ лищами (обычно в 1,5—2 раза).

По строению берегов и характеру их переформирования в группе горных долинных водохранилищ можно выделить две подгруппы водохранилищ: предгорные долинные и горные долинные. Предгорные дслинные водохрани­ лища отличаются меньшим врезом котловины, более значительными размера­ ми (ширина и длина) и широким распространением берегов, сложенных рых­ лыми малоустойчивыми волновому размыву горными породами. Абразионное

ления водохранилищ. Большие массы обрушенного материала аккумулируют­ ся у основания берегов и тем самым увеличивают их устойчивость.

Рассмотрим переформирование предгорных и горных водохранилищ За­ кавказья и Средней Азин. б-

Предгорные и горные водохранилища Закавказья

Берега предгорных и горных' водохранилищ Закавказья подвергаются интенсивному переформированию, достигающему 60% береговой линии [28J. В первые годы эксплуатации^ водохранилищ получают интенсивное развитие абразия, оползневые процессы, обвалы и обрушения.

Своеобразие переформирования берегов предгорных и горных водохра­ нилищ Закавказья определяется тем, что они имеют небольшую площадь зер­ кала и значительную глубину, достигающую десятков и сотен метров. Мор­

187

фологические черты и режим эксплуатации горных водохранилищ отличаются большим разнообразием. Поэтому процессы переработки берегов сильно раз­ личаются и зависят в первую очередь от морфологии и эксплуатационного режима. Е. Е. Минервина [І85] выделяет следующие типы водохранилищ: горно-долинные (Мингечаурское, Сионское, Гуматское), каньонные (Ладжанурское, Джаварское), котловинные (Храмское, Тбилисское, Ткибульское) и смешанного типа (Гальское п др.)- Каньонные водохранилища, по нашему мнению, представляют собой частный случаи горно-долинных и выделять их как самостоятельный тип нецелесообразно. Котловинные водохранилища За­ кавказья (Тбилисское) нами относятся к разновидности озерных. Н. Г. Варазашвили [29] обосновывает более широкий подход к районированию для целей прогноза переработки берегов водохранилищ Грузии и выделяет десять инженерно-геологических районов. В основу районирования положены осо­ бенности геотектоники, геоморфологического строения и литологического со­ става горных пород.

Большинство исследователей считает, что характер и темпы переработки берегов горных долинных водохранилищ определяются первичным рельефом и их геологическим строением, а из гидрологических процессов уровепным ре­ жимом и в особенности амплитудами годовых колебаний уровня. Амплитуда годовых колебаний уровня на горных водохранилищах составляет от 8—15 м в котловинных водохранилищах до 70—80 м в горно-долинных. Зеркало воды почти постоянно находится в состоянии восходящего или нисходящего дви­ жения со скоростью от нескольких сантиметров до десятков сантиметров в сутки в зависимости от типа водохранилищ, задерживаясь на уровнях НПУ и ТЛЮ лишь по 2—3 месяца в году. Цикличные годовые колебания уровня обусловливают цикличность волновых воздействий на берега, вовлечение в абразию широкой по высоте полосы склонов. С цикличными колебаниями уровня связана смена условий затопления и освобождения склонов от воды, вызывающая интенсивное развитие выветривания, суффозии и т. п.

Е. Е. Минервина [185] выделяет абразионную, оползневую и многофактор­ ную переработку берегов предгорных и горных водохранилищ сообразно дей­ ствию преобладающего процесса. Абразионная переработка наиболее харак­ терна для водохранилищ, доступных ветрам и имеющих размеры зеркала, достаточные для образования разрушающих берегов волн. В целом абразион­ ная переработка характеризуется преобладанием вертикального размыва над горизонтальным размывом, а также слабым развитием или отсутствием акку­ мулятивной части отмели и динамичностью ее положения по длине затапли­ ваемого склона. В результате ежегодных повторений циклов абразии на каж­ дом характерном горизонте вырабатываются временные абразионные террасы, придающие .профилю берега многоярусное строение. Отличия в абразионной переработке скальных берегов заключаются в масштабах, темпах и влиянии дополнительных факторов.

Оползневая переработка определяется природными условиями склонов и динамикой уровня водохранилища. Оползневая переработка происходит вы­ борочно, локализуясь обычно в местах, где имеются естественные предпосылки для смещений, усугубленные эксплуатацией водохранилища. Воздействие во­ дохранилища на берега выражается в изменении статических условий равно­ весия, связанных со сработкой уровня и глубоким затоплением. Подводные оползни постоянно возобновляются при динамическом режиме уровня, что оказывает влияние на( устойчивость вышележащих склонов. Многофакторная переработка берегов сочетает в себе оползневые и абразионные процессы. Данные наблюдений многих исследователей показывают, что многофакторная переработка берегов сводится либо к абразионной либо к оползневой. По­ этому, по нашему мнению, выделять многофакторную переработку нецеле­ сообразно.

Рассмотрим переформирование берегов горных водохранилищ, располо­ женных в различных природных районах. Переформирование берегов пред­ горного Мингечаурского водохранилища освещено в VI главе.

Ладжанурское водохранилище. Ладжанурское водохранилище, созданное на р. Ладжанури в 1960 г., предназначено для суточного регулирования. Пло-

188

щадь его зеркала 1,4 км2, длина — 3,2 км. Максимальная глубина у плоти­ ны — 52 м.

В геологическом строении оерегов водохранилища принимают участие меловые известняки, третичные трещиноватые известняки и мергелистые гли­ ны. Широкое распространение имеют майкопские глины, подверженные ин­ тенсивному выветриванию и оползням. Наибольшее распространение имеют толщи песчаников «Усахело», состоящие из чередующихся песчаников с про­ слоями глинистых песчаников и мергелистых глин.

Четвертичные аллювиальные отложения слагают пойму и надпойменнѵю террасу мощностью 3—8 м.

На некоторых участках' берега водохранилища слагают проллювиальные

иделювиальные грубообломочные и суглисто-щебнистые отложения.

Вгеоморфо.чогическом отношении водохранилище разделяется па две части: каньонную, где долина врезана вкрест простирания известняков с об­

рывистыми берегами высотой до 300 м, и горно-долинную, расширенную до 700 800 м с менее крутыми и высокими берегами. Наиболее расширенные участки приурочены к выходам глинистых майкопских пород, где почти по­ всеместно получили развитие оползни.

Колеоанмя уровня отличаются большей динамичностью, что оказывает большое влияние на устойчивость склонов. Колебания уровня составляют 12—14 м, но в отдельные периоды величина сработки достигает 16 м.

Сравнительно быстрое затопление приводит к резкому перераспределению гравитационных сил, изменению напряженного состояния склонов и, как след­ ствие этого, — образованию оползней, обвалов, осовов и т. п.

Уровень водохранилища в течение суток имеет колебания до 2 м, что так­ же оказывает влияние на устойчивость склонов, но количественных данных этого процесса не имеется.

Г. Р. Хоситашвили [186] в уровенной режиме Ладжанурского водохрани­ лища выделяет активный весенний период, летний период «спокойного уров­ ня» и осенний неустойчивый период. Активность весеннего периода усиливается обильными атмосферными осадками в этот период, о чем свидетельствует воз­ никновение большого оползня на Халешурском склоне, образовавшемся при 25-метровой сработке в апреле 1962 г.

В переформировании берегов Ладжанурского водохранилища ведущую роль играют оползневые процессы. По данным Г. Р. Хоситашвили [186], ополз­ невые склоны составляют 37% от общего периметра водоема (8,3 км). Ополз­ невые склоны сложены в основном сланцевыми глинами майкопской свиты олигоцена и местами захватывают более прочные глинисто-песчаные породы среднего миоцена. На Ладжанурском водохранилище выделяются три наибо­ лее значительных оползневых участка: Хелещурской, Спатагорской и Усахальский. Оползни Хелещурского склона расположены на правом берегу в 706 м от плотины. Длина оползневой зоны составляет около 600 л«, а ширина до 900 лг. Современные оползни получили развитие в пределах древнего оползня, тело которого сложено песчаниками «Усахело». Возвышающийся над оползнем сурмушский карниз является древней поверхностью отрыва, по которой про­ изошло перемещение горных пород.

Оползневый Хелещурский склон сверху сложен делювиальными суглин-

. ками с включением щебня мощностью до 4 м, ниже залегают увлажненные глины с окислами железа, по-видимому, древние смещенные майкопские гли­ ны, утратившие первичную структуру (рис. 76). Между древнеогюлзневыми грунтами и майкопскими глинами в коренном залегании прослеживается слой элювия мощностью около 2 м. В целом мощность оползня вместе с отвалами грунта составляет около 9 л«. В верхней части он представляет собой оползеньпоток, а в приурезовой части — блоковый оползень выдавливания. Такое строе­ ние оползня обусловлено динамикой уровня водохранилища. При длительном стоянии уровня на высоких отметках происходит водонасыщение и взвеши­ вание пород в приурезовой зоне, а при последующей сработке возникает рез­ кое изменение давления и последующее смещение ранее затопленных масс, горных пород по кривым, близким к круглоцилиндрическим. Мощность отде-

189

« 2 «з J *I в

Э «о S - ..9

э я « и S £

ü 2 5

2 . Ь О

>> xX

« = ot 3

s 4

к

CL

2

e(

190

.лившемся толщи сравнительно невелика- (5—9 м), а количество таких ополз­

невых блоков не более 2—3.

На правом берегу Ладжанурского водохранилища от места выклинивания подпора до р. Усахеолосгеле почти непрерывно развиты оползни, объеди­ ненные в два оползневых поля. Оползневое поле развито в северной части правого берега в пределах древнего Спатагорского оползня верхнечет­ вертичного времени. Оползневой склон высотой 150—200 м сложен глинистопесчаными толщами третичного времени, имеет крутые (35—45°) уклоны и не­ ровную поверхность. В некоторых местах склон прорезан узкими оврагами

преимущественно песчано-илистого материала. Процесс заиления имеет по­

как сложены прочными коренными породами (песчаниками, мергелями и из­

для повышения устойчивости оползневых склонов.

Предгорные долинные водохранилища Средней Азии

Своеобразие процессов переформирования берегов предгорных водохра­ нилищ Средней Азии освещается по работам 3. Халматова и Р. Н. Халматовой (188, 189, 190]. Широкое распространение лессовых пород и эоловых песков, сформировавшихся в условиях пустынной зоны, предопределяет основные особенности процесса переформирования берегов. Большую роль играют про­ цессы размокания, растворения и выветривания горных пород. Ветроволновая

191

Наблюдения за переформированием берегов 3. Халматов производил на трех наблюдательных участках. Первый участок расположен в 3 км выше плотины и ншпл. Кичикнскент (рис. 79) и представляет собой уступ четвертой террасы р. Ангрен.

Рис. 79. Разрез размываемого берега (по 3. Халматову, 1964 г.)

А —наблюдательный участок № 1 створ ///; £ -наблюдательный участок 2, створ //; У—лессовидный суглинок уплотненный; 3—песок средиезернистый; 4 —песок с гравием.

Наибольшую повторяемость на этом участке имеют северо-западные вет­ ры, достигающие 10 м/сек. Расчетная максимальная высота волны при этой скорости составляет 65 см. Наиболее часто повторяются волны высотой 12— 25 см. Наибольшее отступание бровки берега за первые три года эксплуатации составляет 30—40 м.

Максимальный объем размытых пород установлен в первый год эксплуа­ тации и составил 250 м3/м. На третий год эксплуатации объем размытых по­ род уменьшился до 60% относительно второго года эксплуатации (табл. 33). За период 1961—1965 гг. на большинстве наблюдательных створов произошло уменьшение уклонов отмелей с 24—28° до 17°30' (табл. 33).

Второй наблюдательный участок расположен на правобережной четвер­ той террасе на территории Уртабаз (рис. 79). Длина разгона волн изменялась от 1,4 до 2,7 км. При максимальной скорости ветра 13,5 м/сек юго-восточного направления расчетная высота ролны составила 80 см. Наиболее часто повто­ рялись волны высотой до 25 см.

Преобладающей формой переработки берега на этом участке являются оползни, возникающие в местах, где среди толщи лесса залегают прослои песка мощностью до 1 ж и высота уступа составляет 8—15 м. Уклоны отмелей ко­ леблются от 20° в верхней части до 10° в нижней ее части.

Третий наблюдательный участок находится на правом берегу оврага Бургалик, по которому образовался залив в пределах распространения IV терра­ сы. Залив имеет 350 м в длину и 60—100 м в ширину. Береговые уступы имеют высоту 1—3 м. Волнение на участке отсутствует. Берега разрушались в ос­ новном за счет обрушения надводных уступов, сложенных лессовидными суг­ линками, в результате их размокания. За три года существования водохрани­ лища берег отступил на 18—20 м. Объем размытых пород в 1962 г. составил

1 9 4