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

происходит, минуя третью фазу, что определяет преобладание поперечного движения наносов на отмели.

Развитие фестонов приводит к значительному расчленению берегов и удли­ нению береговой линии. На опорных участках Красноярского водохранилища

Рис. 6. Фестончатое строение поверхности и уступа отмели на приглубом участке берега Красноярского водохранилища при весенней сработке.

Волноприбойный поток, образующийся из трансформированных на широкой отмели волн, уже не имеет такой мощности, как в предыдущую стадию. Об­ рушение берега по мере роста отмели постепенно замедляется; уменьшается число циклов в развитии фестончатых берегов. В эту стадию процесс заглуб­ ления отмели постепенно замедляется. На поверхности отмели накаплива­ ется подвижный аккумулятивный слой, который с течением времени сохра­

ще установлено, что среди донных и взвешенных наносов на отмели преобла­ дают пески с диаметром частиц от 0,2 до 0,5 мм. Среди взвешенных наносов значительную часть составляют частицы размерами от 0,05 до 0,2 мм

(рис. 7).

В строении берегов водохранилищ в эту стадию развития можно выде­ лить все основные морфологические элементы; надводный береговой обрыв или клнфф, осыпь, пляж, абразионная и аккумулятивная части отмели, откос отмели и шлейф. Бенч наблюдается у большей части берегов водохранилищ, но провести границу между ним и абразионной отмелью часто весьма затруд-

30

нптелыю. Наиболее крутая верхняя часть отмели представляет собой зону на­ ката. Абразионная и аккумулятивная части отмели развиваются как единая форма рельефу. Отмели у абразионных берегов, сложенных размывае­ мыми рыхлыми породами, имеют вогнутую форму, ступенчатую в водохрани­ лищах со значительными колебаниями уровня. Наблюдается постепенное уменьшение величин уклонов отмели от прнурезовой части к ее внешнему краю. Вместе с гем абразионная часть отмели более крутая, ее уклоны зна­

ловий образования в соответствии с классификацией В. В. Лонгинова [79J выделяются пляжи полного и неполного профиля.

■Ѵ-.ч,

а)

ММ

Рис. 7. Распределение состава донных (а) и взвешенных (б) нано­ сов по ширине отмели на Кайраккумском водохранилище [78].

Морфодинамические системы берегов, состоящие из абразионного и акку­ мулятивного участков, развиваются в эту стадию уже не изолированно, как это было в стадию абразионных отмелей, а взаимосвязанно вследствие изме­ нения характера волновой деятельности и развития вдольбереговых потоков папосов.

В эту стадию в приурезовой и пляжевой зоне развитие берега и отмели тесно связано с развитием фестонов. По мере расширения отмели на ее мо­ ристой части движение наносов и формирование рельефа получает в значи­ тельной мере удовлетворительное объяснение с позиций теории морских бе­ регов. Однако это положение касается в большей мере лишь водохранилищ

снебольшими колебаниями уровня воды.

Встадию абразионно-аккумулятивных отмелей в связи с расширением отмели циклическое развитие фестончатых берегов замедляется. Фаза вырав­ нивания береговой линии и отмели получает наиболее полное проявление, что

31

Таблица 4

Прибрежная отмель Кременчугского водохранилища на конец августа—сентября 1970 г

с. Б. Андрусовка, створ 1

Продолжение

хранилище автору морфологическим методом удалось установить, что на от­ дельных участках на отмелях вдольбереговое перемещение песков достигало

ния наносов. Зона донного перемещения наносов на отмели расположена меж­ ду границей волнового движения наносов и линией окончательного разруше­ ния волн. По схеме, разработанной В. П. Зенковичем [33], движение твердых частиц происходит под действием волновых колебательных движений воды и силы тяжести по зигзагообразной траектории. Эта схема объясняет движение лишь влекомых наносов. Как уже было отмечено, сила тяжести получает про­ явление на склонах более 10° и при сложении подводного склона крупными наносами (галечниками, .гравием и т. п.). Движение наносов на отмелях про­ исходит большей частью (80—90%) во взвешенном состоянии, а также лолувзвешенном путем влечения, сальтации (прыжков) вследствие асимметрии вол­ новых скоростей и течений [46, 78, 79]. ;

Береговое перемещение наносов наступает после окончательного разру­ шения волны, где колебательное движение воды переходит в поступательное. Движение частиц грунта в этой зоне происходит по пути, близкому к пара­ боле, по схеме, разработанной В. П. Зенковичем [33] и О. К- Леонтьевым [35]. Путь, проходимый этим потоком и увлекаемыми частицами наносов, в не­ сколько раз больше, чем при донном перемещении наносов.

Интенсивность продольного берегового перемещения наносов зависит от угла подхода волны к берегу, размера частиц наносов, параметров волн и угла наклона пляжа. При уменьшении угла подхода волны к берегу «пара­ болы» двигающихся частиц будут шире и шаг движения частицы будет боль­ ше. Величина перемещения пропорциональна косинусу угла разбивания вол­ ны. Чем больше волна, тем больше размеры параболы движения частиц напляже. Следовательно, путь горизонтального перемещения частиц в этом слу­ чае будет больше. Выделение указанных зон движения наносов на отмели весьма условно, так как их ширина изменяется в зависимости от уклонов, вы­ соты волны и характера пород слагающих отмель.

В. II. Зенковичем [34] даны три основные характеристики потока нано­ сов: емкость потока, степень насыщенности его и мощность.

На отмелях на значительные расстояния перемещаются мелкие, средние и крупнозернистые пески. Максимум вдольберегового перемещения наносов при

Однако эта схема в условиях водохранилищ применима для объяснения движения наносов на мористой части отмели у выровненных берегов, где не влияет сработка уровня водохранилища при завершении формирования абра­ зионно-аккумулятивных отмелей. Большая часть берегов водохранилищ в эту стадию имеет фестончатое строение, развитие их приурезовой части и пляже­ вой зоны проходит полный цикл в три фазы, освещенные при рассмотрении стадии абразионных отмелей. На водохранилищах со значительными колеба­ ниями уровня по мере их сработки или наполнения волноприбойная зона пере­

мещается вверх или вниз по отмели, что определяет своеобразие вновь обра­ зующего рельефа.

Стадиальное развитие берегов водохранилищ осложняется неоднород­ ностью геологического и геоморфологического строения береговой полосы. В связи с этим процесс переформирования берегов имеет избирательный ха­ рактер. Как известно, берега, сложенные устойчивыми невыветрелыми магма­ тическими и метаморфическими породами, ветровыми волнами разрушаются очень слабо. Берега, сложенные выветрелыми коренными породами (песчани­ ками, метаморфическими сланцами и т. п.), подвергаются значительным обру­

38

в связи с преобладанием берегов, сложенных малоустойчивыми породами, на­ пример, на Каховском водохранилище, абразионной переработкой охвачено 85% общей длины береговой линии, на Цимлянском — 65%, на Куйбышев­ ском— 66%. При широком развитии первичных затопленных отмелых берегов на Рыбинском водохранилище интенсивное переформирование охватывает лишь 9,2% длины береговой линии. В связи с изложенным, очевидна необхо­ димость тщательного геоморфологического анализа береговой полосы еще при проектировании водохранилищ с целью избежания больших переформирова­ ний берегов.

Избирательный характер переформирования берегов водохранилищ свя­ зан с их плановыми очертаниями. На мысовидных выступах переработка бе­ регов происходит наиболее интенсивно. Так, на Куйбышевском водохранилище за 10—12 лет эксплуатации отступления бровки берегов на мысовидных высту­ пах в 3—4 раза больше, чем на выравненных участках и составляет 180— 200 м. Аналогичное развитие береговой полосы наблюдается на других водо­

Наблюдениями установлено, что в общем ходе переформирования берегов водохранилищ уже в течение первых 12—15 лет эксплуатации отмечается об­ щая тенденция затухания этого процесса. Наиболее четкое выражение тен­ денция затухания переформирования получает в стадии абразионно-аккумуля­ тивной отмели и становления берегов. Это связано с выработкой широкой бе­ реговой отмели, на которой происходит гашение большей части энергии ветро­

вых волн.

Вместе с темна фоне общей тенденции затухания наблюдается непериоди­ ческая активизация процессов обрушения берегов. Активизация переформиро­ вания берегов имела место на большинстве водохранилищ и особенно четко проявилась при временных форсировках уровней воды сверх отметок НПУ. В частности, так было на Цимлянском водохранилище в 1955, 1956, 1963 и

вышение уровней воды выше НПУ обусловливает воздействие ветрового вол­ нения на береговые склоны на более высоких отметках, где в нормальных ус­ ловиях не могла быть выработана отмель, которая гасила бы часть энергии ветровых волн. Отмель же, выработанная ранее при непревышении отметок,

вновых условиях утратила свою защитную роль.

Судлинением срока эксплуатации водохранилищ наблюдается некоторое увеличение протяженности абразионных берегов и сокращение длины бере­ говой линии. На Рыбинском водохранилище длина абразионных берегов уве­

Стадиальное развитие берегов имеет существенные различия по зонам во­ дохранилищ. В нижней приплотинной зоне процессы переформирования бере­ гов проявляются наиболее интенсивно. Здесь с начала наполнения водохра­ нилища начинают проявляться абразионные процессы, начальная стадия

вэтой части водохранилища наиболее продолжительна.

Всредней зоне размыв берегов меньше, чем в нижней. Период первона­ чального наполнения водохранилища в этой зоне меньше, чем в нижней. По-,

этому начальная стадия переформирования здесь менее продолжительна. По­ следующие стадии переформирования берегов растягиваются на более дли­ тельное время по сравнению с нижней зоной.

Верхняя зона приобретает черты озеровидного водоема только во время стояния нормального подпорного уровня. В период сработки уровня водо­ хранилище мелеет, и процесс абразии практически прекращается. В этой зоне переформирование берегов в начальную стадию обычно выражено очень сла­ бо, так как здесь в период первоначального наполнения, по существу, сохра­ няется естественный режим.

39

40

а —величии» отступания бровки берега -линейная переработка берегов, м; б—колебания уровней.

Намеченные стадии развития берегов водохранилищ имеют различное проявление но типам берегов, сложенных различными породами.

Обвально-осыпные абразионные берега, сложенные песками и супесями, в начальную стадию и стадию абразионной отмели отличаются особенно боль­ шой скоростью переформирования, достигающей в ширину до 20 м/год (Ка­ ховское и Цимлянское водохранилища). При этом происходит быстрое фор­

женных лессовыми и лессовидными породами, обладающими просадочными свойствами. В начальную стадию при замачивании нижней части берегового склона и под действием ветровых волн обычно сначала образуются трещины, а затем микропросадки, сопровождающиеся смещением просевших блоков в зону волноприбоя. Просевшие блоки подвергаются интенсивному размыву волнами. На месте разрушенного берега начинает формироваться отмель.

Исследованиями Н. Н. Реутскон [82] и В. М. Широкова [62, 69] установ­ лены циклы переформирования профиля обвально-осыпных абразионных бере­ гов, состоящие из 3—4 этапов, которые, по нашему мнению, как и при рас­ смотрении планового переформирования, целесообразнее называть фазами, так как они не отражают коренных изменений в ходе переформирования бе­ рега. Обычно в результате их смены профиль берега как бы приходит к ис­ ходному контуру, но перехода в последующую стадию не происходит. Такие циклы в первую основную стадию развития берега за время безледоставного периода повторяются до 15 раз в зависимости от положения уровня и коли­ чества штормов.

Учитывая данные [62, 69, 82] автор [64] в цикле переформирования про­ филя низких (до 6—7 ,и) обвально-осыпных абразионных берегов, сложенных супесями и суглинками, выделяет три фазы:

1) подмыв основания надводного откоса берега, образование трещин от­ рыва, образование ниш и формирование отмели;

2)обрушение свода, ниш, сопровождающееся осыпанием, образование

осыпи;

3)размыв осыпи и формирование отмели.

В стадию абразионно-аккумулятивных отмелей и становления берега по мере роста отмели количество циклов переформирования постепенно умень­ шается. Наблюдениями автора установлено, что образование ниш не харак­ терно для высоких берегов (более 6—7 м), имеющих в зоне волнобоя одно­ родный литологический состав. Если в зоне волнобоя имеются выходы раз­ личных по литологическому составу пород (пески, супеси сменяются суглин­ ками и т. п.), то в этом случае и у высоких берегов (20—30 м) могут образо­ ваться пиши. Такие ниши автор наблюдал у высокого берега (до 30 м) на Красноярском водохранилище, где в зоне волнобоя супеси сменялись суглин­ ками. Переформирование высоких берегов, сложенных суглинками и песками,

впервую фазу обычно происходит путем образования осыпей, осовов, обвалов

иобрушений. Последующие две фазы протекают аналогично второй и третьей

рассмотренным фазам низких берегов. Наблюдающиеся в некоторых местах у высоких берегов ниши обычно связаны с наличием у уреза менее устойчивых пород по сравнению с вышележащими.

и т. д.), а выше залегают более устойчивые породы (песчаники, сланцы и т, п.). В цикле формирования таких берегов аналогично низким обвально-осынным берегам, выделяются три фазы: 1) образование волноприбойных ниш и фор­ мирование отмели; 2) обвал, обрушение и образование обвально-осыпных форм; 3) размыв обвально-осыпных форм и формирование отмели. Для этого типа берега характерен более замедленный процесс переформирования, осо­ бенно в фазу разрушения обвалившейся породы, так как размыву подвергают­ ся сравнительно устойчивые породы. В период сработки водохранилища от­ мели обнажаются в виде пляжа с нагромождениями обвалившихся глыб.

41

Переформирование береговых откосов, сложенных коренными породами (песчаниками, алевролитами и т. п.), в пределах выветрелой зоны происходит аналогично обвалыю-глыбовым берегам. Сначала происходит «раскачивание» отдельных «блоков» породы вследствие вымывания мелкозема из трещин, а также ударного давления волн. Зате.м ослабленные блоки передвигаются или падают к подножью уступа или на образовавшуюся отмель. В процессе пере­ работки берега образуются волноприбойные пиши (рис. 9). Примером может быть берег, сложенный девонскими песчаниками и алевролитами, у Новоселовского элеватора на Красноярском водохранилище.

Рис. 9. Переформирование приглубого берега, сложенного красноцветными девонскими алевролитами и песчаниками У с- Новоселове на Красноярском водохранилище.

Абразионно-денудационные берега сложены породами, которые обычно не размываются ветровыми волнами. Формирование надводного откоса происхо­ дит в основном в результате выветривания.'Поэтому смена фаз и циклов пере­ формирования определяется скоростью выветривания. Отмели этих берегов обычно узкие (10—20 м) и крутые с углами наклона 8—12°. Величина линей­

ной переработки лишь местами достигла'нескольких десятков метров за 10_ 12 лет эксплуатации водохранилищ.

Наибольшие переформирования абразионно-денудационных берегов про­ исходят^ начальную и первую основную стадии, когда в результате ветроволновои абразии, смачивания и растворения происходит обрушение зоны выветредых пород. Эта зона обычно не более 15—20 м. В дальнейшем обрушение берегов происходит очень медленно, не более 1—3 м в год.

г’Г’С'"оНаЛИЗ *~)ольшого числа промерных профилей берегов водохранилищ

СССР, часть которых приведена в настоящей работе, показывает, что в стадию абразионных отмелей и абразионно-аккумулятивных отмелей профили новых

берегов не имеют плавных очертаний и их нельзя назвать плавными выпѵкловогнутыми или выпуклыми.

Характер поверхности отмели изменяется в зависимости от их литологиче­ ского и гранулометрического состава пород, слагающих берега, волнового ре­ жима и колебаний уровня. У берегов, сложенных коренными скальными поро­ дами, долгое время сохраняется прямолинейный ступенчатый характер отмели, в коренных породах очень часто уклоны отмелей, особенно в абразионную стадию определяются не литологическим составом, а углоуі падения горных пород. При горизонтальном залегании горных пород уклоны обычно меньше

42