книги из ГПНТБ / Формирование берегов Красноярского водохранилища

Puc. 4.7. Схема районирования берегов водохранилища по характеру их устойчивости (на сентябрь 1969 г.).

зионные, обвально-осыпные, с незначительными обрушениями в рыхлых отложе­

Дивный . Новоселову

Абакан о) ^ " " У С и н с к

/ / /

сложенных красноцветными девонскими песчаниками. Они приуро­ чены к Комскому участку, а также к участкам в районе Батенев-

Крупные обрушения абразионно-осыпного типа с абразионным уступом в 30 м протяженностью до 500 м наблюдались в устье рек Анаш, Жулгет и в других местах.

В1969 г. также значительно увеличились процессы оживления осыпей. Более подробное описание устойчивости склонов в 1969 г. дано нами ранее (Кусковский, 1972).

В1970 г., в конечный период второй стадии наполнения водо­ хранилища, развитие экзодинамических процессов и формирова­ ние склонов продолжалось.

На ряде участков, где береговые склоны сложены коренными скальными породами, произошло нарушение их устойчивости вследствие возникновения крупных оползней, сколов, отседаний. При этом несколько новых оползней приурочено к районам раз-

138

вития древних оползней—произошло их оживление. Такие оползни наблюдались в 1970 г. выше устья р. Коксы (левый берег, верх­ няя часть водохранилища), в устье р. Таштык (левый берег, ниже Батеневского кряжа) и в других местах.

Очень крупный оползень-сдвиг в достаточно прочных песчани­ ках наблюдался в 1970 г. на правом берегу Сыдинского залива, выше с. Усть-Сыда.

Значительно дальше распространились провалы на Трифонов­ ском инженерно-геологическом участке. Появились новые про­ валы в правом берегу (у Бирюсинской заимки), обусловленные затоплением карстовых пустот. Необходимо отметить, что к мо­ менту полного заполнения водохранилища большая часть рыхлых делювиальных осыпей была затоплена. Тем не менее оживление осыпей наблюдалось на многих участках, особенно на правобереж­ ных Огурском и Сыдинском (рис. 43). Необходимо также подчерк­ нуть, что обрушаемых берегов в целом после наполнения (сентябрь) было значительно меньше, чем в июле, когда шло наполнение водо­ хранилища. Общая протяженность обрушаемых берегов осенью 1970 г. составила 700 км.

Таким образом, развитие береговых склонов водохранилища при его наполнении проходило крайне неравномерно. Разрушения естественных береговых склонов, наблюдаемые на первой стадии наполнения, весьма отличались от разрушений во вторую стадию как по общим объемам, так и по характеру. Так, общая протяжен­ ность обрушаемых склонов к концу второй стадии увеличилась более чем в 4 раза по сравнению с первой (табл. 44).1

Рис. 43. Типичные разрезы оживленных осыпей ниже устья р. Огур (район XI).

1 — материал осыпи — щебень, обломки; поверхность иногда слабо задернована; мощность 0,5—6 м; 2 — коренные породы (песчаники, ар­ гиллиты, алевролиты и т. д.); 3 — положение осыпи до оживления.

139

Т а б л и ц а 44

Изменение протяженности берегов Красноярского водохранилища в период заполнения

Если в первую стадию преобладали абразионно-обвальные, абразионио-осыпные и нейтральные типы берегов, то во вторую стадию к ним добавились абразионно-оползневые и оползневые типы. Во вторую стадию широкое развитие получил целый ряд геодинамических процессов, из которых следует отметить крупные оползни в скальных и рыхлых отложениях, сколы в скальных по­ родах, провалы различного генезиса, оврагообразование и т. д.

Особенности развития берегов в период заполнения

Развитие берегов Красноярского водохранилища, прослежен­ ное в предыдущих разделах по этапам, показывает, что процесс их становления начался с момента создания водохранилища.

Этот особый характер развития береговых склонов отмечается при постоянно повышающемся уровне воды. Особенно полно такое развитие берегов проявилось на Братском (с 1961 по 1967 гг.) и Красноярском (с 1967 г. по 1970 г.) водохранилищах, так как для таких ГЭС с высоконапорными плотинами период заполнения составляет несколько лет. В это время на ряде участков возникает интенсивное формирование береговых склонов. Длительное время начального подъема уровня свойственно не только указанным водоемам, но и некоторым другим водохранилищам Сибири. В частности, на Новосибирском водохранилище период заполнения до отметки НПУ продолжался с 1957 по 1959 гг., и именно к этому времени был приурочен максимум обрушения берегов, размер которого составил около 60—70% от 10-летнего периода передви­ жения бровки берега (Самочкин, 1958; Самочкин, Обичкин, 1961; Савкин, Широков, 1968).

140

Наполнение Братского водохранилища началось с осени 1961 г., к концу 1962 г. уровень поднялся на 64 м, а в 1963 г. достиг 70 м. В последующие годы скорость наполнения была зна­ чительно меньше, а в 1967 г. горизонт воды достиг НПУ. В пер­ вые годы наполнения береговая линия приходилась на новые береговые склоны, которые в основном были представлены делю­ вием и аллювиальными толщами, слагающими уступы террас рек Ангары, Оки и Ии. Были подтоплены оползневые и обвальноосыпные склоны. В зависимости от литологического сложения и орографических особенностей склонов ход процесса обрушения берегов был различным. В результате стали формироваться в пер­ вую очередь абразионные, абразионно-осыпные и оползневые бе­ рега (Пуляевский, 1964, 1969, 1970).

Первые материалы наблюдений позволяют дать предваритель­ ную оценку степени интенсивности переработки берегов Краснояр­ ского водохранилища в начальные этапы интенсивного подъема уровня воды. Одной из основных особенностей развития берегов водохранилища в этих условиях является отсутствие сдержива­ ющего влияния прибрежных отмелей при подходе волн к берегу. Скорость подъема уровней во много раз превышала скорость обра­ зования отмелей. В результате влияние последних было эпизо­ дическим, так как достаточно часто после образования первых прибрежных отмелей они оказывались ниже воздействия размы­ вающей способности волн и не оказывали существенного влияния на потерю энергии в прибрежной зоне из-за быстрого подъема уровня воды. Это обстоятельство и определило получение наиболь­ ших объемов размыва берегов в первые годы начального заполне­ ния водохранилища.

Стационарные наблюдения за формированием берегов Красно­ ярского водохранилища позволили выяснить существенные особенности в их развитии на разных стадиях заполнения водоема.

В начальный период заполнения процессы обрушения берегов возникают не только благодаря воздействию ветрового волнения, но и за счет перегрузки ранее сухих склонов. Процесс подмачивания и оползания являлся основным в начальной стадии запол­ нения, особенно там, где склоны были сложены делювиальными покровными отложениями суглинков, супесей и песков. В первый год эксплуатации водохранилища распространение участков, где происходила перегрузка склонов за счет замачивания и возникали небольшие подвижки, имело чисто локальный характер. Как пра­ вило, объем сместившегося грунта не достигал больших величин, а протяженность таких берегов к осени 1967 г. была несколько больше 70 км при общей их длине на этот период времени в 720 км.

Места возникновения первых подвижек на склонах определя­ лись на стадии начального формирования берегов не только фо­ кусированным сочетанием воздействия волн и аслабленностыо пород по отношению к размыву, но и местными литологическими

141

особенностями грунта, определяющими степень его нодмачивания и условия сползания. Когда все эти условия проявлялись в пол­ ной мере, процесс формирования берегов начал развиваться очень интенсивно. Примером такого значительного развития обрушения берегов могут быть участок у с. Вознесенка, участок южнее пос. Анаш и др.

В течение каждого следующего безледоставного периода уро­ вень водохранилища оказывался на все более высоких отметках, а формирование берегов возвращалось как бы вновь на начальную стадию. Этот возврат не каждый год был достаточно полным. Следует отметить, что в безледоставные периоды 1967 и 1968 гг. разница в подъеме уровня воды не превышала 3—4 м. Небольшая амплитуда подъема уровня воды позволяет говорить о некоторой унаследованное™ протекающих процессов абразии берегов от 1967 г. к 1968 г., т. е. в этот период шел единый процесс формиро­ вания берегов, слабо нарушенный небольшим подъемом уровня воды весной 1968 г. Результаты формирования берегов в последу­ ющие два года были основательно разобщены значительными ам­ плитудами подъема уровня. В 1969 и 1970 гг. процесс формиро­ вания берегов каждый раз начинался заново, на более высоких абсолютных отметках склонов созданного водохранилища.

Участки, где процесс абразии берегов продолжался из года в год, в течение всего периода заполнения водохранилища, не имели широкого распространения. Это районы берега у с. Куртак, Вознесенки, Новоселово. Здесь шел не только процесс абразии берегов, но и постепенное формирование прибрежных отмелей. Как показали результаты стационарных исследований, отмели первоначально носили абразионный характер, а после 2-летней первоначальной эксплуатации постепенно стали переходить в аб­ разионно-аккумулятивные, хотя преобладающей частью новых отмелей является абразионная поверхность.

Кроме этих участков, признаки аккумуляции наносов в при­ брежной зоне почти полностью отсутствовали. В приурезовой части отмечалось наличие узкой галечниковой полосы, образовав­ шейся при размыве делювиальных отложений, в которых имелась плохо окатанная галька разных размеров. В период заполнения водохранилища в подтопленных заливах признаки аккумуляции наносов отсутстовали.

Широкое распространение при создании водохранилища имели нейтральные берега, в ряде случаев покрытые лесом. Если их крутизна не превышала 8°, то, как правило, такие склоны не под­ верглись размыву и затоплялись в следующую стадию подъема уровня без существенных изменений устойчивости.

Наиболее быстрое изменение берегов наблюдалось там, где склоны были сложены рыхлыми отложениями. Зачаточные формы их размыва были отмечены уже в июне 1967 г. в покровных осыпных отложениях суглинков и супесей, при наклоне в 20—25°. Особенно интенсивно процесс обрушения берегов шел в устьях за­

142

топленных заливов, берега которых являлись как бы мысовыми участками, где даже слабое ветровое волнение вызывало значи­ тельный размыв рыхлых пород.

Взаимодействие абразии и оползневых процессов, в отличие от связи абразии с современными процессами (обрушением, осыпа­ нием, обвалами и т. п.) выражались более сложно. Это не только оползнево-абразионное развитие по обычной схеме: подмыв — оползневые подвижки — обвалы — размыв, но и случаи, когда берег сначала развивается как оползневый, а затем как абразион­ ный. Такие участки получили на водохранилище достаточно широ­ кое развитие, особенно в 1969 и 1970 гг.

Существенной особенностью при формировании берегов водо­ хранилища явилось то обстоятельство, что созданный водоем яв­ ляется очень глубоководным, в результате чего основная часть продуктов обрушения захоронялась в прибрежной зоне и очень слабо подвергалась волновому выравниванию. Этому обстоятель­ ству способствовал и приглубый характер большинства берегов на всех стадиях заполнения водохранилища.

Широкое проявление процессов абразии, провальных явлений карстового и суффозионного характера, сколов и срывов коренных пород, оползней позволяет указать, что эти явления в основном были правильно спрогнозированы до создания водохранилища (Широков, 1968). При последующей эксплуатации водоема не­ обходимо вести наблюдения за возникновением вдольбереговых наносов для того, чтобы дать сравнительную их оценку по отно­ шению к прогнозным предположениям.

В период заполнения водохранилища берега, сложенные ко­ ренными породами, подверглись слабому размыву, поскольку размыв проходил в основном в зоне выветривания. Этим объяс­ няется тот факт, что продукты разрушения береговых уступов характеризуются в первую очередь не строением породы лежащей в массиве, а особенностями зоны выветривания этих пород. Так, красноцветные песчаники тубинской свиты девона дают из коры выветривания тонкие плиты, которые под действием смачи­ вания и разрушения в воде постепенно превращаются в плитча­ тую щебенку.

Процесс расчистки зоны выветривания коренных пород про­ должался в течение всего периода заполнения водохранилища, так как контакт выветренных пород с водой постоянно повышался. В силу этого обстоятельства и источник поступления выветренного материала постепенно пополнялся за счет вышележащей зоны вы­ ветривания вновь затапливаемого берегового склона, сложенного коренными породами. Из-за значительной приглубости берегов продукты разрушения сваливались на большие глубины и не уча­ ствовали в начальном процессе формирования прибрежной зоны. При нормальной эксплуатации расчистка зоны выветривания ко­ ренных пород быстро закончится, а породы, заключенные в мас­ сиве склона, не подвергаются, как правило, размыву.

143

водохранилища возникли в скальных породах, имеющих падение пластов в сторону водохранилища. Хотя протяженность таких участков и невелика, но интенсивность подобных явлений очень значительна. Результаты исследований В. С. Кусковского (1971) показали, что на ряде береговых участков эти явления возможны в будущем.

Протяженность разрушаемых берегов водохранилища в пери­ од затопления постепенно нарастала. Данные лаборатории гидро­ логии СибНИИЭ (см. табл. 44) показывают, что при достижении НПУ в 1970 г. рост разрушений несколько замедлился, но про­ тяженность разрушаемых берегов к осени этого года превысила 40% от общей длины береговой линии.

При полном заполнении Красноярского водохранилища (1970) общая протяженность берегов составляла около 1560 км, из них на неразмываемые склоны приходилось 860 км. Изрезанпость правобережья была несколько выше, чем левобережья, а протяженность береговой линии заливов по правому берегу была на 129 км больше, чем по левому берегу водохранилища.

Для оценки предстоящих изменений в устойчивости берегов Красноярского водохранилища были заранее выполнены предва­ рительные исследования, с целью составить фоновый прогноз на период длительной эксплуатации водоема (Широков, 1968; Широков и др., 1971). В результате было выяснено, что при окон­ чательном становлении берегов длина устойчивых склонов сокра­ тится до 444 км (табл. 45). Из всех районов водохранилища наи­ большую длину берегов и значительную изрезанность имеют Щетинкинский и Отраднинский озеровидные плесы. В первом из них протяженность берегов в одних только заливах составляет около 300 км. В Приплвтинном районе, Отраднинском и УстьАбаканском озеровидных плесах неразмываемые береговые скло­ ны имеют протяженность до 100 км в каждом. Общая длина берегов

в заливах водохранилища достигает 1000 км, из них только 200 км сложены скальными породами.

В результате можно указать, что наличие нескольких пере­ ходных стадий при длительном заполнении водохранилища при­ водит к интенсивному развитию берегов. Чтобы уменьшить раз­ меры этого процесса, необходимо, чтобы во время многолетнего заполнения уровни воды в периоды устойчивого стояния не составляли на склоне одну сплошную полосу активного волнового воздействия. Только в этом случае возможно некоторое уменьше­ ние активизации процесса переработки берегов во время длитель­ ного заполнения крупных искусственных водоемов, примером ко­ торых служит Красноярское водохранилище.

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА БЕРЕГАХ ВОДОХРАНИЛИЩА

При наполнении водохранилища возник ряд геодинамических (или инженерно-геологических) процессов на его побережье. Геодинамические процессы, происходящие с начала заполнения Красноярского водохранилища, определяются следующими основ­ ными факторами.

1. Подъем уровня воды; подмачивание берегов, сложенных раз­ личными породами; волнения, возникающие особенно на широких участках водоемов. 2. Характер и величина уклона поверхности береговых склонов. 3. Состав, свойства, распространение, мощ­ ность рыхлых отложений, залегающих на протерозойских и пале­ озойских (коренных) породах. 4. Элементы залегания, состав, свой­ ства коренных пород, местами выходящих на дневную поверхность по берегам. 5. Глубина залегания подземных вод в береговой зоне.

Кроме указанных факторов, на переработку берегов оказы­ вали влияние залесенность, задернованность склонов, климатиче­ ские и другие факторы, которые способствовали усилению про­ цесса переформирования береговой зоны.

К основным геодинамическим процессам относятся крупные оползни в скальных породах, оползание рыхлых пород по круто­ падающей кровле палеозоя, различного рода провалы и просадки, сколы и отседания, оврагообразование, оживление крупных осы­ пей, карстовые и другие процессы.

Приводим краткую характеристику и анализ процессов, дей­ ствующих при наполнении водохранилища, а также даем их прог­ ноз на время дальнейшей эксплуатации водохранилища.

Крупные оползни

впалеозойских скальных породах

ирыхлых отложениях

Это в основном оползни-сдвиги больших размеров. По мере на­ полнения водохранилища их количество и размеры увеличивались

(рис. 44).

146