книги из ГПНТБ / Формирование берегов Красноярского водохранилища

ных и горизонтальных пещер, гротов и ниш, арок, колодцев, воронок и других карстовых проявлений. Они приурочены большей частью к левому берегу устья р. Бирюсы. К наиболее крупным карстопроявлениям следует отнести пещеры, которые имеют слож­ ную систему ходов в вертикальном, горизонтальном и наклонном направлениях. Направление, размеры, форма карстовых пещер зависят прежде всего от наличия и характера тектонических тре­ щин, особенностей литологического строения, характера рельефа

иклиматических факторов.

В1970 г. при достижении НПУ часть пещер и других карстовых форм, поверхностных и подземных, была затоплена. Почти пол­ ностью оказалась затопленной вторая по величине пещера Жемчужпая, частично затопило самую крупную пещеру Кубинскую, имеющую протяженность около 1500 м.

Резкого, заметного увеличения карстовых процессов при на­ полнении водохранилища не наблюдалось, по их влияние ска­ жется при дальнейшей эксплуатации водохранилища. При этом, выше УМО следует ожидать значительного усиления карстовых процессов. Ниже горизонта сработки водохранилища развитие карстовых процессов ослабнет.

Особенное развитие получат карстовые процессы в амплитуде шестнадцатиметровой сработки водохранилища. Здесь при сезон­ ном спаде уровня вод водохранилища в связи с прямой гидрав­ лической связью понижается уровень фильтрационных вод, что создает условия для интенсивного размыва, растворения из­ вестняков и уноса растворенного и разрушенного материала

(см. рис. 47).

Усиление развития карста следует ожидать и выше НПУ, так как здесь в связи с крайне непостоянным базисом эрозии создаются условия для более интенсивного растворения и разру­ шения пород.

Кроме того, резкий рост карста в пределах зоны сработки неиз­ бежно повлечет за собой дополнительные разрушения пород выше НПУ.

Оврагообразование

4

Овраги имеют распространение на Беллыкском, Сыдынском правобережном, Куртакском, Камском, Усть-Ербинском, Дербинском, Новоселовском участках (см. рис. 32).

При полном наполнении водохранилища часть оврагов была подтоплена. При эксплуатации водохранилища наблюдается уси­ ление овражной деятельности, хотя базис эрозии в связи с соз­ данием водохранилища поднялся. Подобное явление имело место на Камских водохранилищах (Печеркин, 1969). И. А. Печеркин считает, что в данном случае решающее значение имеет не повы­ шение базиса эрозии, а его значительное колебание.

157

Рис. 48. Схема оврага у с. Енисей.

1 — суглинки палево-желтые, тяжелые, лессовидные, тонкие просадочные; 2 — трещиноватые коренные породы палеозоя (алевролиты и

песчаники); з — участки усиления овражной деятельности после на­ полнения водохранилища; 4 — урез воды в овраге при НПУ.

Усиленная овражная деятельность на Красноярском водохра­ нилище угрожает некоторым населенным пунктам — селам Ени­ сей, Беллык (рис. 48).

Необходимо отметить, что при длительной эксплуатации водо­ хранилища следует ожидать уселения овражной деятельности, особенно на Беллыкском, Сыдинском, Усть-Ербинских участках.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ БЕРЕГОВЫХ СКЛОНОВ *

В 1955—1964 гг. при составлении проектного задания и ра­ бочих чертежей Красноярского водохранилища были выполнены прогнозы переработки берегов по методам Н. Е. Кондратьева, Е. Г. Калугина, Г. С. Золотарева. Расчет устойчивости береговых склонов выполняли в основном институты «Ленгидропроект» и «Красноярскгражданпроект».

Анализ выполненного ими прогнозирования показал, что рас­ четы проводились без выяснения возможности применения того или иного метода расчета к определенному участку берега (Каскевич, Савкин, 1968). Так, известно, что метод Г. С. Золотарева (1955, 1959) дает наибольшую точность в условиях берегов, имею­

* В подготовке раздела принимала участие Л. Н. Каскевич.

158

щих сложное геологическое строение. Метод Н. Е. Кондратьева (1960) применим для берегов однородного геологического стро­ ения и т. д. В большинстве прогнозов не учитывалась неоднород­ ность геологического строения берега. Во внимание принималась только характеристика грунтов, лежащих в верхней части раз­ реза, без учета влияния подстилающих коренных пород. Наличие же на нижних горизонтах коренных пород существенно снижает размеры обрушения и приводит к стабилизации склонов после их обнажения. Кроме того, были допущены большие неточности в выборе исходных параметров: расчетной высоты волны, глубины на внешнем крае отмели, расчетных уровней воды, коэффициентов, характеризующих высоту берега, аккумуляцию, размываемость и т. д. Нередко параметры выбирались по устаревшим литера­ турным источникам, не принимался во внимание опыт наблюдений на эксплуатирующихся водохранилищах.

Учитывая запросы организаций, заинтересованных в рацио­ нальном освоении прибрежной зоны водохранилища, в лабора­ тории гидрологии водохранилищ СибНИИЭ, на основе проводи­ мых натурных исследований выполнены расчеты переформирова­ ния берега для следующих участков побережья: Мохово, АбаканоПеревоз, Лебяжье, Усть-Ерба, Усть-Сыда, Беллык, Новоселово, Куртак, Енисей, Приморск и др. Результаты прогнозирования развития берегов для основных опорных участков показывают следующее.

Участок Куртак. В период подъема уровня воды при заполне­ нии водохранилища на участке развивались оползневые процессы. Движение оползней происходило в Ю-Ю-3 направлении. Опол­ зание супесей будет продолжаться, постепенно приближаясь

кточке перегиба кровли палеозоя.

Сучетом этих обстоятельств выполнен прогноз переработки берега на 10-летнюю и «конечную» стадии, считая с момента напол­ нения водохранилища до отметки НПУ. Предполагалось, что от­ ступление берега будет проходить в два этапа: для первого этапа будет характерным интенсивное подмачивание грунтов и ожив­ ление оползневых процессов. Этап совпадает по времени с напол­

159

Рис. 49. Участок Куртак, профиль 1.

1— супеси палево-желтые, пылеватые лессовидные; 2 — линзы разнозернистого

песка; 3 — галечники; 4 — разрушение до рыхлого состояния палеозойской по­ роды; 5—зеленовато-серые тонкие трещиноватые аргиллиты; алевролиты, песча­ ники; в — почвенно-растительный слой; 7 —откос, который сформируется после развития оползней; 8 — фактические профили по результатам съемок в конце безледоставного периода 1969 и 1970 гг.; прогноз по Е. Г. Калугину: 9 — на 10-

летнюю стадию с 1970 г., 10 — то же, с учетом предполагаемого оползня.

Величина берегопереработки складывается из переработки берега за счет оползневых процессов и переработки под воздейст­ вием энергии волнения. Последняя рассчитывалась с использо­ ванием методов Е. Г. Калугина и Г. С. Золотарева.

Расчет по методу Е. Г. Калугина, показывает, что на рас­ сматриваемом участке отступление берега колеблется от 240,0 до 276,0 м при максимальной величине на 10-летнюю стадию

2Zf=282,0 м (табл. 48; рис. 49).

Прогноз по Г. С. Золотареву для тех же профилей участка выполнен с учетом влияния на береговые формирования оползне­ вых процессов (табл. 49).

В качестве исходных данных для определения углов наклона аккумулятивной и абразионной частей отмели и берега исполь­ зованы подробные геологические разрезы по рассчитываемым створам, для которых строится предварительно профиль динами­ ческого равновесия на рассчитываемый срок: обычно это 10-летняя и «конечная» стадии практической значимости. Кроме того, тре­ буются значения расчетной высоты волны для определения глу­ бины на внешнем крае отмели, которая для 10-летней стадии, в соответствии с рекомендациями Г. С. Золотарева, равна

Н =1,5 Ав,

где hB — расчетная высота волны 10%-ной обеспеченности, м.

160

ответствии с характером грунта, слагающего береговой откос. Полученная величина объема обрушения берега (Qv) и соответ­ ствующее ей отступание берега на 10-летшою стадию Lia, считая с момента достижения в водохранилище отметки НПУ, состав­ ляют Qp= 335 м3/пог. м, 7ло= 140,0 м.

Из прогноза переработки, выполненного для этого же участка берега по методу Г. С. Золотарева следует, что отступление бе­ рега на 10-летнюю стадию составляет 166,0 м, а на «конечную» стадию практической значимости — 290,0 м (табл. 50).

Таким образом, для этого участка расхождения в прогнозных Величинах переработки берега на 10-летнюю стадию сравнительно невелики (£10кач=140,0 м и L103OJl=166,0 м).

Поскольку на участке Усть-Сыда береговые склоны сложены супесями и суглинками, а высота их над уровнем НПУ нередко превышает 30 м, то расчет береговых обрушений на 10-летиюю и «конечную» стадии выполнен по тем же методам, что и на пре­ дыдущих участках.

За расчетную принята скорость ветра 20 м/с по метеостанции Краснотуранск. Максимальные значения высот волн соответствуют Ветрам южного направления.

161

И Заказ № 75

Т а б л и ц а 49

Прогноз переработки берега по Г. С. Золотареву для участка Куртак

1Ч р о ф г и 1Ъ 1

П р о ф ш 1Ъ 4

в ы с о т а в о л н ы 1 0 % - н о й о б е с п е ч е н н о с т и 1 ,7 2 м ; у г о л н и ж н е й ч а с т и о т к о с а 2 5 ; у г о л

3 м ; й н = 1 , 5 + 0 , 2 5 г— K t g d t ( п о Д ж у н к о в с к о м у ) .

“ в

Исходные данные для расчета по методу Г. С. Золотарева, принятые в соответствии с рекомендациями автора, представлены в табл. 49.

При расчете по методу Е. Г. Калугина средняя многолетняя энергия волнения принята по Краснотуранску. Объем перера­ ботанного грунта на прогнозируемый срок £=50 годам составляет (?5о=1006 м3/пог. м. Соответствующая ему величина линейного отступления берега равна i5so= 132,0 м. Согласно 'полученным но этому участку фактическим данным, величины, рассчитанные по методу Е. Г. Калугина, оказались заниженными. Величина отступания берега, полученная по методу Г. С. Золотарева, будет, видимо, более достоверной (рис. 50).

Участок Лебяжье. В этом районе урез водохранилища при НПУ попал примерно на уступ между I и II надпойменными террасами. С южной и юго-западной стороны подступает 12-метровый обрыв

162

Т а б л и ц а 50

Прогноз переработки берега по методу Г. С. Золотарева

р. Бири, являющийся берегом водохранилища. Склоны на этом участке сложены супесями, которые переслаиваются тонкозер­ нистыми песками эолового происхождения мощностью около 20 м.

Прогноз берегопереработки выполнен по методам Е. Г. Калу­ гина и Г. С. Золотарева.

Полученная по номограммам А. П. Браславского величина волновой энергии составляет И£'=68 654 тм. Результаты расчета величины береговых обрушений по методу Е. Г. Калугина для этого участка помещены в табл. 51. Расчет выполнен на 10-летнюю стадию. Максимальная величина линейного отступления берега составляет А=240,0 м.

Расчет отступления берега по методу Г. С. Золотарева выпол­ нен только для профиля, ориентированного в Ю-Ю-3 — С-С-В направлении и имеющего крутой подводный береговой склон. Полученная по методу Г. С. Золотарева величина отступления берега на 10-летнюю стадию эксплуатации водохранилища, счи­ тая с момента достижения в водоеме отметки НПУ, равна 145,0 м и практически совпадает с величиной, рассчитанной по энергети­ ческому методу.

Прогнозы переработки берегов, выполненные лабораторией гидрологии водохранилищ СибНИИЭ для отдельных участков Красноярского водохранилища, корректировались по резуль­ татам наблюдений в период заполнения, что позволило значи-

Рис. 50. Прогноз переработки бере­ га на участке Усть-Сыда (профиль 4).

Т а б л и ц а 51

Прогноз береговых обрушений на участке Лебяжье по Е. Г. Качугину на 10 лет при НПУ

164

В Ы В О Д Ы

Таким образом, на протяжении береговой полосы водохра­ нилища, имеющей длину около 1500 км, наблюдаются весьма разнообразные инженерно-геологические условия. Это разно­ образие сказывается в тектоническом и геоморфологическом стро­ ении, литологическом составе пород, гидрогеологических особен­ ностях территории и особенно в инженерно-геологических свой­ ствах рыхлых и скальных отложений. Весьма существенное зна­ чение для рассмотрения вопроса формирования берегов имеют не только свойства этих отложений, а также их взаимоположение в пространстве в сочетании с гидрогеологическим режимом водо­ хранилища. Среди рыхлых осадков менее прочными и устойчи­ выми к размыву являются супеси и суглинки как аллювиального, так и делювиального генезиса. Макропористость, незначительная пластичность, способность этих грунтов к быстрому размоканию способствовали разрушению береговых склонов, сложенных ими, на значительном протяжении уже при наполнении водохранилища.

Подобное разрушение проходило часто двумя этапами — замачивание грунтов и ослабление их связности при длительном подъеме уровня и разрушение склона ветровыми волнами.

мерзание пород также способствует ослаблению их прочности. Однако в большинстве случаев высокая прочность скальных пород не говорит об устойчивости берегового массива в целом. Блоковое строение этих массивов, частичное заполнение межблоковых трещин льдом и пластичной глиной, фильтрация воды по трещинам вглубь берега при наполнении водоема на многих береговых участках (Комский, Каскырский и др.) способствовали образова­ нию крупных оползней-сдвигов в скальных породах.

Скальные породы, особенно выветрелыо (аргиллиты, алевро­ литы, реже песчаники) подвержены ветро-волновому воздействию, чему часто способствует не только их структурное строение, но положение их слоев по отношению к подходящим к береговому склону волнам (в районах устьев рек Аешка, Езагаш, Погромная и др.).

Замачивание кровли скальных пород, крутопадающей к водо­ хранилищу, приводит к образованию крупных оползней в рых­ лых отложениях (район устьев рек Куртак, Ижуль, Сыда).

165

Инженерно-геологические условия береговых склонов и их особенности в сочетании с гидрологическим режимом водохрани­ лища предопределили возникновение и других геодинамических процессов, разрушающих береговые склоны: провалов на пологих склонах, крупных сколов в скальных породах, оживление осыпей и т. д.

Наблюдения на опорных участках Красноярского водохрани­ лища показали, что сложные геолого-геоморфологические осо­ бенности береговой полосы в сочетании со значительной ампли­ тудой подъема уровня воды и длительным стадийным заполнениям определили специфические черты развития берегов, свойственные глубоководным водоемам.

В начальную стадию существования Красноярского водохра­ нилища возникновение первых подвижек на склонах определялось сочетанием подъема уровня, воздействия ветровых волн, ослабленностыо пород и их литологическими особенностями, опреде­ лившими степень насыщения, размыва, оползания и т. д.

В течение каждого последующего года заполнения уровень водоема оказывался на все более высоких отметках, а абразионные формы, выработанные в предыдущий безледоставный период, затоплялись на большую глубину. В связи с этим формирование берегов на преобладающей части водохранилища каждый год возвращалось вновь к начальной стадии, но на более высоких отметках склона. Только 1967 и 1968 гг. характеризовались отно­ сительной связанностью процессов переработки. В остальное время, в связи с глубоководностью, обрушения аккумулирова­ лись в приглубой зоне, слабо подвергаясь волновому выравни­ ванию.

На ограниченных участках водохранилища процесс абразии продолжался из года в год в течение четырехлетнего периода заполнения. Так, участок Куртак является наиболее характер­ ным в ходе развития абразионно-оползневого берега. Максималь­ ные объемы оползней наблюдались здесь при подъеме уровня выше границы скальных пород в рыхлых отложениях берегового откоса. Сложный комплекс процессов, протекающих на участке Куртак (оползни, абразия, ветровая эрозия), вызвал в период заполнения значительное изменение конфигураций склона и ли­ нейное отступление, достигшее 274,0 м.

Развитие абразионных обвально-осыппых берегов, сложен­ ных в верхней части геологического разреза рыхлыми отложени­ ями, наиболее интенсивно происходило в третий и четвертый годы заполнения. Характерным для таких берегов было развитие абразионного уступа в приурезовой части, высота которого воз­ растала, опережая подъем уровня (участок Новоселово, Даур­ ское, Сыда и др.). Основное влияние на развитие обвально-осып- ных берегов оказывал ветроволновой режим водохранилища. Максимальные разрушения наблюдались в штормовое время, достигая 2,0 м в сутки. По участку Новоселово отступление бе-

166