УДК 551.435.3 ^ 556.557(571.53)
© 2014 г. А.А. РЫБЧЕНКО, А.В. КАДЕТОВА, В.А. ХАК
ПЕРЕРАБОТКА УЧАСТКА БЕРЕГА ИРКУТСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА, СЛОЖЕННОГО ЛЁССОВИДНЫМИ ПОРОДАМИ
Введение
Создание водохранилищ Ангарского каскада ГЭС повлекло за собой резкое изменение гидрологических, гидрогеологических и гидродинамических условий в береговой зоне созданных водоемов. Новые условия стали причиной возникновения и развития процессов переработки береговой линии. Особо остро эта проблема встала для Иркутского водохранилища, в связи со значительной освоенностью береговой зоны и ее переработкой в пределах территории г. Иркутска.
Абразионному размыву в пределах Иркутского водохранилища подвержена береговая линия на протяжении 140 км; максимальная ширина размыва более 150 м приурочена к берегам, формирующимся в лёссовидных суглинках. В процессе переработки берегов водоема за период эксплуатации водохранилища было потеряно более чем 400 га земель различного назначения. В зону размыва попали жилые поселки, некоторые коммуникации г. Иркутска, сельскохозяйственные угодья, лесные массивы и садово-дачные кооперативы [1].
Цель данной работы заключается в изучении механизма абразионной переработки на примере участка берега Иркутского водохранилища, формирующегося в лёссовидных суглинках.
Объект и методика исследования
До строительства Иркутской ГЭС рассматриваемая территория в течение длительного периода времени формировалась под влиянием гидрологического режима р. Ангары. После наполнения Иркутского водохранилища произошло резкое изменение гидродинамических условий (подъем уровня воды на 35 м), речной режим сменился режимом водохранилища. Эти изменения привели к возникновению ранее отсутствующего на данной территории процесса - абразии.
Объект настоящего исследования - участок побережья протяженностью 150 м, расположенный в правобережной приплотинной части Иркутского водохранилища в пределах микрорайона Солнечный г. Иркутска. Участок находится в мысовой части полуострова, ограниченного с востока и запада глубоко вдающимися в сушу заливами, и береговой линией выходит непосредственно в основную акваторию. Береговой склон участка испытывает большие абразионные нагрузки, наибольшему размыву подвергается его юго-западная часть (рис. 1). По данным наблюдений с 2004 по 2006 гг. отступание берега на рассматриваемом участке составило до 3 м [2].
В целом береговая линия правобережной приплотинной части водохранилища проходит по поверхностям и уступам ангарских террас, сложенных сверху вниз лёссовидными суглинками, супесями с прослоями глин и песков мощностью 5-15 м и песчано-галечными отложениями. Высота берегового уступа в пределах рассматриваемого участка изменяется от 1.5 до 5.0 м.
Методика изучения включает в себя организацию и проведение мониторинговых исследований с разбивкой сети наблюдений и проведением тахеометрической съемки, обработку и анализ полученных данных с построением объемных цифровых моделей и их сравнительным анализом. На этапе проведения тахеометрической съемки использовалась традиционная съемка теодолитом, предусматривающая создание топографического плана методом проложения замкнутого теодолитного хода. Дополнительно
Рис. 1. Местоположение и схема района работ
1 - пляж; бровки: 2 - абразионного уступа, 3 - карьера; 4 - участки расположения реперной сети; 5 - автодорога
для более точного замера ширины отступания берега на двух участках проводились линейные измерения от реперов, расположенных в пределах стабильного склона, до бровки берегового уступа (рис. 2).
Среда развития процесса разрушения берега изучалась путем отбора образцов грунта из разреза, расположенного в береговом уступе, и выполнения комплексных исследований в лаборатории грунтоведения Аналитического центра Института земной коры СО РАН. Лабораторные исследования включали определение комплекса показателей состава, микроструктуры грунтов, физических, физико-химических, деформационных и прочностных свойств грунтов с применением стандартных методик [3].
Анализ переработки берегов Иркутского водохранилища в лёссовидных суглинках за прошедший период
После 50-ти лет эксплуатации Иркутского водохранилища его берега все еще находятся в стадии становления [4], то есть преобладающим процессом развития береговой зоны является абразия и перехода в следующую стадию стабилизации, характеризующуюся активной аккумуляцией наносов, пока не наблюдается [1]. На протяжении прошедшего периода эксплуатации водохранилища развитие абразионно-аккумуля-тивного процесса отличалось значительной неравномерностью. Большое влияние на интенсивность процесса оказывали колебания уровня воды: размыв и углубление осушенных отмелей при низких уровнях, и усиление абразии береговых склонов при повышении уровня воды до максимальных отметок.
При зимних сработках водохранилища и снижении уровня воды до минимальных отметок прибрежные отмели осушились на ширину от нескольких до 100 м. При весенне-летнем повышении уровня отмечался смыв с поверхности осушенной отмели верхнего слоя наносов мощностью 10-30 см, отложившихся в предыдущий период более высокого уровня. В результате ежегодных смывов постепенно увеличивалась глубина в каждой точке отмели в периоды высокого уровня воды, что способствовало перераспределению энергии волнения. Значительная часть энергии волнения в последующий период высоких уровней расходовалась на размыв берегов и интенсивность абразии возрастала. Увеличение уклонов отмели способствовало размыву более пологих береговых склонов. Исследованиями Г.И. Овчинникова на таких стационарных участках Иркутского водохранилища как "Ново-Разводная" и "Патроны" показано, что в суглинистых отложениях интенсивность абразионного процесса не снижается, а наоборот отмечается тенденция к ее увеличению. Если в первые годы эксплуатации водоема размыву подвергались склоны крутизной до 4°, то в последние годы стали размываться пологие склоны крутизной менее 2°. За период 1965-1976 гг., который характеризовался неравномерностью хода уровня воды, поверхность отмелей, сложенных лёссовидными суглинками, углубилась примерно на 1.0 м. Таким образом, за период стках берега, формирующихся в лёссовидных до 150 м [5, 6].
/
Г*
Рис. 2. Отступание бровки берегового уступа с 2004 по 2006 гг.
Участки: А - первый, Б - второй. По реперу: 1 - 1-1, 2 - 1-Ш, 3 - 2-11, 4 - 2-Ш
эксплуатации водохранилища на уча-суглинках, размывы составили от 50
Факторы переработки берега
Исследования свойств геологической среды и механизма абразионной переработки береговой зоны исследуемого участка показали, что основными факторами разрушения берега являются особенности физико-механических свойств лёссовидных пород, слагающих массив и гидродинамические условия.
Геологическое строение правобережной части водохранилища характеризуется широким развитием делювиальных лёссовидных образований - суглинков и супесей мощностью от 5 до 15 м. Разрез берегового уступа представлен следующими литологическими разностями: 1) супеси лёссовидные темно-коричневого и охристого цвета, нормально пластичные (число пластичности 2.2-5.1%), разной степени увлажнения (степень увлажнения 0.1-0.9) и минимальной плотности сложения (плотность скелета 1.40-1.56 г/см3); 2) суглинки лёссовидные от желто-коричневого до охристого цвета, с максимальной степенью увлажнения (степень водонасыщения 1.0) и максимальной степенью уплотнения (плотность скелета до 1.69 г/см3).
Анализ характера распределения показателей состава и состояния отложений в вертикальном разрезе толщи позволил установить, что если природная влажность
0.1
8 2-й
ю
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-1-1-1-0
<Х
>о ¿С
А
о
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
8 г/см3
1.4 1.6 1.1
ТТЛг
XX 4
г^:
л
Рис. 3. Разрез берегового склона участка "Солнечный"
А - литологическая колонка, Б - показатели параметров физического состояния грунтов. 1 - почвенно-растительный слой, 2 - супесь лёссовидная, 3 - суглинок лёссовидный, 4 - степень водонасы-щения (8г), 5 - коэффициент пористости (е), 6 - плотность скелета грунта (Рё, г/см3), 7 - место отбора грунта
ооооооооооо ннннннннннн ооооооооооо
Рис. 4. Ход уровня Иркутского водохранилища (по материалам Г.И. Овчинникова)
и степень водонасыщения грунтов закономерно увеличиваются с глубиной (3.5-23%; 0.1-1.0 м), то плотность сложения толщи грунта разнородна и в ней выделяются три наиболее недоуплотненных интервала: 1) 0.3-0.9 м; 2) 1.6-2.0 м и 3) 4.5-5.0 м (рис. 3). Состояние пород верхней, средней и нижней части характеризуются недоуплотнен-ностью и малой прочностью (сцепление 0.055 МПа, угол внутреннего трения 18°),
что при значительном увлажнении способствует развитию пластических деформаций [7]. Негативную роль в изменении свойств отложений играет сезонная мерзлота. В результате многократного промерзания и оттаивания в породе происходит разрушение структурных связей, при этом прочностные параметры снижаются в 2-4 раза [8].
Уровенный режим и ветро-вол-новые условия являются одними из ведущих факторов активизации абразии. Амплитуда сезонного колебания водохранилища до 2001 г. составляла 3 м [9]. В марте 2001 г. Постановлением Правительства РФ были установлены предельные значения уровня оз. Байкал в 456-457 м. Поскольку этот уровень регулируется плотиной Иркутской ГЭС, то амплитуда колебания уровня самого водохранилища составляет 1 м. Режим наполнения/сработки водохранилища в течение года таков: минимальный уровень приходится на апрель-май, затем идет повышение уровня, в сентябре-октябре он достигает максимума, и далее плавно опускается до минимума (рис. 4).
Особенность ветрового режима водоема - значительное преобладание ветров северо-западного и юго-восточного направлений, составляющих более половины повторяемости от всех направлений [10]. Анализ ветрового волнения выявил преобладание волновых воздействий по правобережью водохранилища. В приплотинной части средняя максимальная высота волны (средняя высота волн на участках максимального волнения) оценивается в 0.3 м, а энергия волнения -8.4 тыс. тм [9].
Механизм абразионной переработки
Процесс переработки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.