книги из ГПНТБ / Формирование берегов Красноярского водохранилища

водохранилища только началось и паводковая вода с большим содержанием наносов поступала сразу к плотине, по длине водо­ хранилища в первый год наполнения сохранялась закономерность в осветлении водной массы от выклинивания подпора к плотине. Наиболее резкое уменьшение взвешенных наносов наблюдается на участке переменного подпора в результате ослабления скоро­ стей течения от бытовых речных до зарегулированных в усло­ виях подпора. На остальном протяжении до самой плотины на­ сыщение наносами изменяется незначительно. Распределение взве­ шенных наносов по ширине водохранилища тесно зависит от скорости течения и в районе транзитного потока их содержание наибольшее.

8. Начиная со второго года заполнения, к началу наступления весеннего половодья,в водохранилище остается определенный объем воды, вышедшей из зимнего состояния с малой мутностью, а дли­ на водохранилища возрастает до 250—300 км. Распределение взвешенных наносов по длине водохранилища ниже участка пере­ менного подпора определяется в этом случае прохождением от выклинивания подпора до плотины паводковой воды и отвечает следующим закономерностям.

По длине водохранилища наблюдается уменьшение наносов при движении к плотине. Такое состояние сохраняется с начала весеннего заполнения до поступления к плотине паводковой воды. Перепад уровней воды между верхней частью водохранилища и нижней достигает в этот момент 4—5 м.

Равномерное распределение взвешенных наносов по длине во­ дохранилища наблюдается короткое время и связано с уменьше­ нием поступающих наносов на спаде половодья в верхнюю часть водохранилища и с одновременным увеличением их на приплотинном участке по мере поступления сюда водной массы, вошед­

хранилище после окончания половодья, тогда как к плотине про­ должает поступать вода весеннего паводка. Прозрачность воды у плотины в этот момент может быть на 2—3 м ниже, чем на вышерасположенных участках водохранилища.

9 Время добегания весеннего паводка до плотины при запол­ нении водохранилища возрастает.

Во второй год заполнения водная масса паводка поступила на приплотинный участок через 24—25 дн. В последний год при увеличении протяженности водохранилища на 57 км и объема на 14,6 км3 это время увеличилось более чем вдвое. Поступающая в водохранилище паводковая вода с прозрачностью 0,25—0,50 м за время движения осветляется и у плотины прозрачность ее увеличивается до 1,60—2,40 м. Такая прозрачность сохраняется здесь в течении 1,5—2 мес.

84

Г л а в а 111

ФОРМИРОВАНИЕ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩА

Формирование берегов Красноярского водохрани­ лища обусловлено главным образом особенностями их инженерногеологического строения, гидрометеорологическим режимом соз­ данного водоема, спецификой морфологии берегов и прибрежной зоны. Многолетние исследования берегов водохранилища, начиная с изучения их в естественном состоянии (до начала наполнения водоема) и до полного наполнения до отметки НПУ, позволили выявить определенные закономерности становления склонов в раз­ личные этапы подъема уровня.

Исследовались инженерно-геологические условия до создания водоема, их изменения в связи с резким подъемом уровня воды и влиянием этих изменений на формирование берегов; проводились стационарные наблюдения за развитием береговых склонов па опорных участках по специально заложенным профилям; велось эпизодическое наблюдение за берегами по всему периметру водо­ хранилища, изучение всех геодинамических процессов, имевших место в пределах береговой зоны водохранилища, рассматрива­ лась возможность возникновения и развития таких процессов в будущем.

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БЕРЕГОВ

Выяснение состояния устойчивости склонов и прогнозирование будущих нарушений является при освоении берегов каждого крупного водохранилища первоочередной задачей.

При изучении инженерно-геологических условий берегов водо­ хранилища выяснилось, что в связи с многолетним наполнением водоема и изменением природной обстановки в целом, значитель­ ные изменения претерпевают и сами инженерно-геологические условия. При характеристике инженерно-геологических условий в естественном состоянии, кроме данных экспедиционных иссле­ дований СибНИИЭ, использованы материалы КГУ и ряда проект­ ных организаций; изменение инженерно-геологических условий в ходе наполнения водоема и влияние их на формирование берегов приводится по материалам собственных полевых работ авторов.

86

Красноярское водохранилище располагается в пределах гор­ ных систем Саяно-Алтайской складчатой области, а также несколь­ ких геотектонических впадин. Складчатая область представлена западной окраиной Восточного Саяна, сложенной протерозой­ скими и нижнепалеозойскими отложениями, а также интрузив­ ными образованиями. Частично в район водохранилища попадает Батеневский кряж, сложенный дислоцированными и метаморфизованными осадочными и вулканогенными породами нижнего палеозоя, прорванными интрузиями кислого и основного состава.

Геотектонические впадины входят в крупную структурную единицу — Минусинский межгорный прогиб. Водохранилище на­ ходится в пределах трех впадин. Верхняя часть водохранилища располагается в Южно-Минусинской и Сыдо-Ербинской впадинах, средняя часть — в Чебаково-Балахтинской впадине. Названные впадины сложены средне- и верхнепалеозойскими осадками, а также четвертичными отложениями, перекрывающими палео­ зойские образования. Мощные тектонические движения, процессы эрозии и денудации в течение длительного времени создали в описы­ ваемом районе сложную картину рельефа и многообразие его форм.

В пределах долины наблюдается ряд надпойменных террас

Енисея. Нижний комплекс террас (<?з2—<?з) содержит две аккуму­ лятивные террасы.

I надпойменная терраса имеет высоту 10—15 м и сложена пес­ чано-галечными осадками с покровом суглинков, супесей, а ме­ стами перевеянных песков.

II надпойменная терраса, имеющая высоту 15—20 м, представ­ лена теми же отложениями, что и I.

Комплекс средних террас (@2 — @i) содержит три цокольные террасы,сложенные сверху супесями исуглинками,ниже идутпесча- но-галечные отложения. Высота III надпойменной террасы 30 —40м, IV—60—70, V — 100—120 м. Комплекс высоких террас также распространен в долине, например, VII цокольная терраса (рис. 31). Значительное распространение на берегах водохранилища имеют различного рода делювиальные склоны, приуроченные как к усту­

морфических и магматогенных пород. Протерозой представлен карбонатно-сланцевыми породами, объединенными в три свиты.

Палеозой, представленный кембрийской, девонской и камен­ ноугольной системами, имеет в своем разрезе известняки, доло­ миты, мергели, аргиллиты, песчаники, алевролиты, конгломераты.

Четвертичные отложения распространены повсеместно и пред­ ставлены аллювиальными, делювиальными, элювиально-делю­ виальными и эоловыми осадками.

Инженерно-геологические условия территории береговой зоны Красноярского водохранилища, протягивающейся на значительное

87

расстояние (около 1500 км), весьма различны. Поэтому берега Красноярского водохранилища целесобразно разделить на инженерно-геологические районы и участки, каждый из которых имеет специфические особенности, определяющие раз­ витие тех или иных процессов, возникающих или активизирую­ щихся при наполнении и в период последующей эксплуатации водохранилища.«Ранее при инженерно-геологических изысканиях на берегах будущего водохранилища институтом «Ленгидропроект» проведено инженерно-геологическое районирование, при котором выделено шесть районов.

На стадии проектирования и подготовки водохранилища по­ добное инженерно-геологическое разделение и характеристика были вполне правомерными, хотя и недостаточными, особенно при освещении условий устойчивости скальных берегов. Об этом свидетельствуют проведенные нами натурные наблюдения за бере­ говыми склонами перед заполнением и в период заполнения водо­ хранилища (1965—1966 гг. — перед заполнением; 1967 —1970 гг. — в период заполнения).

Данные1*натурных наблюдений позволили выявить особенности формирования береговых склонов, развитие геодинамических процессов и дают возможность провести инженерно-геологическое районирование, при котором выделяется семь инженерно-геоло­ гических районов и 40 инженерно-геологических участков. Инже­

Батеневский — к Батеневскому кряжу, отрогам Кузпецкого Ала­ тау; IV, У, VI — Верхнечулымский, Среднечулымский и Нижне-

Рис. 31. Геоморфологическая схема берегов Красноярского водо­ хранилища.

1 — Высокая пойма Енисея (высота 3,5 м; пойма аккумулятивная, очень редко цо­

ложения представлены небольшим слоем песчано-галечных осадков, выше которых залегают супеси и суглинки); 4 — V надпойменная терраса (высота 80—100 м; тер­ раса цокольная, галечные отложения смыты, сверху иногда сложена лессовидными суглинками или перекрыта делювиальными материалами); 5 — IV надпойменная тер­ раса (высота 100—120 м; терраса цокольная, песчано-галечные отложения смыты); в — VII надпойменная терраса Енисея (высота 120—130 м; терраса цокольная, свер­ ху зачастую перекрыта делювиальными отложениями, представленными щебнем и суглинками); 7 — плоские поверхности участков древних долин (отложения представ­ лены песками и суглинками); 8 — делювиальные склоны, сложенные рыхлыми отло­ жениями, представленными суглинками, супесями, глинами, грубыми песками, дрес­ вой, щебнем и обломками; мощность делювиальных отложений до нескольких десят­ ков метров; 9 — коренные скальные склоны, перекрытые местами незначительным покровом рыхлых делювиальных отложений, мощность которых достигает несколь­ ких метров; 10 — дюнно-бугристые склоны (отложения — тонкозернистые, перевеян­

ные пески).

89

чулымский — к Чулымо-Енисейской впадине; VII — Краснояр­ ский — к Красноярскому кряжу, отрогам Восточного Саяна. В пределах этих районов выделяется 40 инженерно-геологических участков (рис. 32).

Инженерно-геологические участки выделяются, исходя из особенностей ипженерно-геологических условий, определяющих развитие тех или иных геодинамических процессов, возникших при наполнении водохранилища и нарушающих устойчивость береговых склонов. Особенности инженерно-геологических усло­ вий каждого участка позволяют дать оценку устойчивости склонов

иразвития процессов при эксплуатации водохранилища. Приводим инженерно-геологические особенности каждого рай­

Минусинский район

Район относится к южной части Минусинского межгорного прогиба. Здесь развиты достаточно прочные красноцветные по­ роды среднего и верхнего девона и несколько менее прочные туфогенно-терригенные породы нижнего карбона. В Черногорской, Изьтхской и Венской мульдах получила распространение угленос­ ная формация пермско-каменоугольного возраста. В составе угле­ носной формации перми и карбона распространены конгломераты, песчаники, аргиллитоподобные глины с пластами и линзами ка­ менных углей и углистых алевролитов.

Конгломераты и песчаники отличаются однородным кварцевым и кремнистым составом, состоят из хорошо окатанных галек размером 2 —5 см, цемент глинисто-железистый. Песчаники средне- п крупнозернистые, чаще гравилитистые и конгломератовые; прочность их по единичным образцам определена от 600 —900 кг/см2 в воздушно-сухом состоянии до 300 кг/см2 после многократного замораживания и оттаивания. В природных условиях, на склонах,*VI

Рис. 32. Схема инженерно-геологического районирования побе­ режья Красноярского водохранилища.

91

сложенных песчаниками, обычно формируются подвижные ще­ бенисто-песчаные осыпи, которые начинают задерживаться и приобретать устойчивое состояние при углах 30—35°.

Аргиллитоподобпые глины характеризуются гидрослюдистым составом, гумусированностью, весьма слабой сжимаемостью, полу­ твердой консистенцией в естественном состоянии. Глины в образцах имеют угол внутреннего трения 10—15° и сцепление около 1 кг/см2. Толщи глин, достигающие мощности 100—120м, разбиты незамет­ ными закрытыми трещинами напластования и трещинами вкрест слоистости, по которым при выветривании порода быстро рас­ падается на плитчатую щебенку. Природные береговые склоны в глинах при высоте 30—40 м имеют крутизну 18—20°. Откосы карьеров при глубине 25—30 м закладываются под углом 30—35° и являются устойчивыми при возрасте около 3 лет.

Угли формации сильно трещиноваты, в нерабочих бортах карьеров выветриваются до состояния угольной пыли, которая! при увлажнении приобретает пластические свойства с образова­ нием мелких оплывин. Устойчивые склоны в угольных пластах формируются при очень малой крутизне (8—12°).

В четвертичном покрове самая существенная роль принадле­ жит водноледниковым осадкам (пескам, супесям, суглинкам, в том числе лессовидным), а также делювиально-пролювиальному комп­ лексу пород (щебнисто-песчаным накоплениям, лессовидным суг­ линкам и супесям с включением щебенки). По долинам рек раз­ виты аллювиальные отложения: галечники с песком и валунами, перекрытые песками, супесями, суглинками, тоже часто лессо­ видными. Рельеф равнинный, но сильно пересечен вследствие эрозионного расчленения.

Правобережье Енисея и частично Абакана отличается густым и глубоким (до 50—150 м) расчленением. По существу эта система местных водоразделов и логов с делювиальными устойчивыми склонами. В верхней части отложений залегают породы лессового комплекса, обладающие высокой пористостью, быстрой размокаемостью и связанной с ней размываемостью, возможна просадочность.

В местах выхода на поверхность песчаных разностей пород развиты дюнные отложения, эоловые процессы интенсивно про­ текают в условиях засушливого климата. Встречаются крупные дюны, вытянутые в широтном направлении или вдоль рек: длина их от 20—30 до 100—200 м при ширине 5 —10 м и высоте 3 —8 м.

Склоны дюн устойчивые, задернованные, асимметричные: се­ верные имеют крутизну 2 —3°, южные 8 —10°. При искусственном разрушении почвенно-растительного покрова (пахота и др.) возможно быстрое возобновление дефляции.

Район относится к развитой в хозяйственном отношении терри­ тории Красноярского края, поэтому в ряде мест инженерно­ геологические условия претерпевали существенные антропоген­ ные изменения.

92

Так, на большой площади сельскохозяйственных земель уси­ лились процессы водной и ветровой эрозии вследствие уничтоже­ ния растительного слоя. На орошаемых массивах кое-где отме­ чается подъем уровня грунтовых вод и связанные с ним заболачи­ вание участков и засоление почв.

Весьма значительно изменены природные условия на Черно­ горском каменноугольном месторождении. Обрушение пород и оседание кровли заброшенных шахтных полей, образование крупных техногенных трещин — «сбросов», являющихся ослаб­ ленными зонами и новыми путями движения подземных вод, водоотливы из шахт, затопление отработанных лав и т. п. — все эти факторы местами совершенно изменили первичную инженерно­ геологическую обстановку. Например, наблюдающиеся в настоя­ щее время деформации зданий в г. Черногорске являются резуль­ татом подтопленных фундаментов подземными водами, уровень которых повысился, по-видимому, вследствие затопления рядом расположенного отработанного шахтного поля.

Еще большие изменения в инженерно-геологическую обста­ новку вносит водохранилище Красноярской ГЭС, особенно в связи с переработкой берегов, сложенных лессовыми породами, и под­ топлением территории (в том числе шахт Черногорского место­ рождения), вызванным подпором подземных вод. Для района г. Абакана создана инженерная защита от подтопления.

Изменение инженерно-геологических условий района и их влияние на формирование берегов водохранилища приводится ниже по участкам.

На Абаканским участке приобладают пологие берега, пред­ ставленные склонами пойменной, I и II подпойменных террас. В составе верхней части отложений террас наблюдаются суглинки, супеси, тонкозернистые иловатые пески, гравий и галечники. В отдельных местах, ниже г. Усть-Абакана, берега представлены грубыми суглинками, подстилаемыми дресвой и щебнем. В связи с наполнением водохранилища до отметки НПУ отложения террас подвержены размыву, особенно тонкозернистые пески, суглинки и супеси, насыщенные у уреза водой. Зона капиллярного подня­ тия в этих грунтах 0,7—1,0 м. При максимальной зимней сработке уровень водохранилища приближается к бытовому, вследствие этого осушается береговая полоса шириной до 500 м, подвергаясь ледовой экзарации и водной эрозии в весенний период до напол­ нения водохранилища.

Одновременно на этом участке наблюдается подтопление и заболачивание земель, незначительная абразия (в местах, где береговая линия при НПУ приходится на уступы террас), сравнительно небольшое проявление суффозионных процессов при навигационной и особенно зимней сработке водохрани­ лища.

Максимальные абразионные уступы в супесях и суглинках составляют 0,5 м, а максимальное отступление берега за счет

93

абразии, наблюдаемое в 1970 г. на левом берегу ниже г. УстьАбакана, достигло всего нескольких метров.

К Тувинскому участку при инженерно-геологическом райони-. ровангш относятся берега крупного залива в устье р. Тубы. В са­ мом устье реки правый берег крутой, скальный, сложенный проч­ ными красноцветными песчаниками и алевролитами тубииской свиты верхнего девона. Простирание пород проходит примерно вкрест направлению долины р. Тубы. Выше по р. Тубе залегают менее прочные отложения турбейского и визейского ярусов ниж­ него карбона. Левый и правый берега у с. Листвягово и выше по течению сложены серыми песчаниками, алевролитами, известня­ ками, перекрытыми рыхлыми отложениями — супесями и тонко­ зернистыми песками. В районе с. Листвягово наблюдаются расту­ щие современные овраги глубиной до 20 м, врезанные до кровли скальных пород.

В последние годы (1967—1970) наблюдается активизация этих оврагов в связи с дополнительным подмачиваиием со стороны водохранилища и хозяйственной деятельностью.

В этом месте встречаются также незначительные сколы в алев­ ролитах и известняках нижнего карбона, небольшая абразия, подтопление берегов в верхней части Тубинского залива.

Наибольшие изменения в береговых склонах на этом участке произошли в районе с. Городок, где за счет насыщения супесей при подъеме воды до НПУ произошло обрушение 15 —20°-ного склона с образованием уступа до 10 м. Максимальное отступление берега за два года (1969—1970) составило около 25 м.

Следует подчеркнуть, что эти обрушения обусловлены глав­ ным образом потерей устойчивости склона при замачивании тонко­ зернистых супесей. В первые годы эксплуатации водохранилища эти явления будут продолжаться, так как берега здесь в основном приглубые, что способствует полному «отделению» обрушенных грунтов от массива, дальнейшим изменениям свойств грунтов, приводящие к новым обрушениям.

Берегами Тепсейского участка являются скальные склоны горы Тепсей крутизной до 20—50°, сложенные прочными серыми туфопесчаниками и туфами. Основная трещиноватость и прости­ рание пород наблюдаются вкрест долине Енисея, падение 8 —15° на юг. В двух наиболее крупных эрозионных долинах наблю­ даются в виде осыпей незначительные отложения делювиального материала, представленного главным образом обломками, дресвой

ищебнем.

Всвязи с изменением инженерно-геологических условий бере­ гов водохранилища проявились незначительные оживления осы­ пей. Осыпание рыхлого материала захватывает склон на глубину 0,3—0,4 м, длина «оживших» осыпей составляет 10—15 м. Ярко

выраженного абразионного уступа не наблюдается, так как он постоянно засыпается обычно обломочным материалом, поступаю­ щим сверху.

94

Берега Дмитриевского участка представлены пологими терра­ совыми склонами крутизной 3 —5°. Рельеф склона бугристый. Бугры эолового происхождения. Отложения береговых склонов участка представлены тонкозернистыми песками мощностью до 15 м. Пески перевеяны, в связи с этим в разрезе наблюдаются погребенные почвы.

На протяжении всего участка после наполнения водохрани­ лища произошли значительные обрушения абразионного типа. Так, 13/IX 1970 г. длина обрушения составила 600 м при макси­ мальном абразионном уступе 10 м. На урезе вскрываются алев­ ролиты и песчаники нижнего девона. После создания водохра­ нилища наблюдается также усиление эоловых процессов в связи с изменением метеорологических условий побережья.

Туранский участок представлен крутыми берегами на склоне горы Туран, сложенными верхнедевонскими и нижнекарбоновыми осадками, состоящими из прочных красноцветных песчаников, менее прочных серых и серо-зеленых алевролитов, туфитов, известняков, аргиллитов и мергелей. В северной части участка наблюдается наличие осыпей, сложенных делювиальным и про­ лювиальным материалом, представленным крупными обломками и дресвой.

После создания водохранилища характерно оживление части небольших осыпей. Небольшие абразионно-осыппые обрушения наблюдаются в северной части участка. Длина обрушений около 300 м с абразионным уступом высотою около 1 м.

Максимальное отступление абразионного уступа за весь период наблюдений составило около 35 м. При этом взята суммарная линейная величина, так как в летний период 1970 г., когда про­ ходил интенсивный подъем уровня, затопление склона шло без обрушений.

По всей длине Лебяжинского участка наблюдаются пологие склоны II и III надпойменных террас Енисея. Отложения террас представлены главным образом супесями, выше которых зале­ гают тонкозернистые несвязные навеянные пески, создавая в от­ дельных местах бутристый, дюнный рельеф. В нижней части раз­ рез представлен песками, галечниками, залегающими на коренных породах вулканогенно-осадочной толщи нижнего — среднего де­ вона, сложенного порфиритами, диабазами, базальтами и туфами. В отдельных местах, в северной части участка, эти породы пере­ крываются сразу эоловыми тонкозернистыми песками: для многих

В составе супесей преобладают фракции размером 0,05—0,5 мм

(табл. 35).

После создания водохранилища произошло усиление эоловых процессов и ветровой эрозии. Наблюдались также незначительные обрушения абразионного типа, подводный прибрежный склон близок к профилю динамического^ равновесия.

95