книги из ГПНТБ / Минервина, Е. Е. Переформирование берегов горных водохранилищ методы и примеры прогноза

E.E.⅛∕V1HEPBIZIHA, ГР.ХОСИТАШВИАИ

’------—*---- с------------------------------- ---------------------------------------

' К*

ПЕРЕФОРМИРОВАНИЕ БЕРЕГОВ ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ

•ЭНЕРГИЯ-

Е. Е. МИНЕРВИНА, Г. Р. ХОСИТАШВИЛИ

ПЕРЕФОРМИРОВАНИЕ БЕРЕГОВ ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ

МЕТОДЫ И ПРИМЕРЫ ПРОГНОЗА

«Э H E P Г И Я»

МОСКВА 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы в связи с интенсивным освоением

гидроэнергетических ресурсов’ горных районов СССР

широко развернулось строительство высоких плотин,

создание глубоких горных водохранилищ.

Горные водохранилища характеризуются значительно

более сложными процессами переформирования берегов, чем равнинные. Сложность эта связана с природно-экс­

плуатационными условиями горных водохранилищ, в со­

ответствии с которыми на одних водохранилищах про­

исходит абразионная переработка берегов, на других —

оползневая^ а на третьих в формировании берегов участ­

вуют совместно абразионные, оползневые и другие про­

цессы, характерные для данного района. Оползневые

явления по масштабам разрушения, быстроте проявле­

ния и степени отрицательных последствий могут во мно­ гих случаях существенно превзойти абразионные размывы берегов, поэтому изучение этого вида переработки имеет

для горных водохранилищ первостепенное значение. При

обычном для горных районов дефиците пригодных к хо­ зяйственному использованию земель проблема перера­ ботки берегов приобретает особую актуальность.

Литература по переформированию берегов горных

водохранилищ крайне бедна. Например, по водохранили­

щам Грузии имеются лишь отдельные публикации по заилению (Л. Г. Гвелесиани, Н. П. Шмальцель), перера­

ботке берегов Храмского (Е. Е. Минервина), Ладжа-

нурского (Е. Е. Минервина, Г. Р. Хоситашвили), Тби­ лисского и других (Н. Г. Варазашвили) водохранилищ.

Эти работы содержат некоторые теоретические и методи­

ческие проработки. Имеются в основном описательные

статьи по Мингечаурскому водохранилищу в Азербайд­

жане (Д. Μ. Сулейманов, Р. Б. Тарвердиев, Μ. А. Аба­

с изучаемыми.

3

Таким образом, нет книг, освещающих в более мли менее обобщенном виде специфику явлений, происходя­ щих на горных водохранилищах, которые могли бы слу­ жить целям прогнозирования пли быть полезными при проектировании, строительстве и эксплуатации горных

ГЭС. Отсутствие руководств по методам количественных прогнозов сложных береговых процессов на горных водо­ хранилищах затрудняет решение важных, подчас весьма

ответственных задач при гидроэнергетическом, дорож­

ном и другом проектировании.

Многолетние натурные наблюдения на горных водо­ хранилищах Грузии, прогнозы переработки берегов, вы­

полненные для проектов водохранилищ в республиках

Закавказья с учетом данных исследований инженерно­

геологических условий и факторов переработки на каж­

дом конкретном объекте, анализ литературы, в том чис­

ле зарубежной, позволили авторам осветить некоторые аспекты переработки берегов горных водохранилищ,

включая вопросы методики прогноза.

При выполнении прогнозов для проектов горных ГЭС

с использованием методов, основанных на опыте изуче­

ния явлений на равнинных водохранилищах, определи­

лась необходимость творческой корректировки их приме­ нительно к горным. Стало очевидным также, что в по­ добных условиях нельзя ограничиваться при оценке ожидаемых масштабов переработки лишь распространен­

ными методами прогноза, основанными на представлени­ ях о волнении как о главном факторе переработки, а сле­

дует привлекать и другие методы для прогноза изме­ нений состояния склонов и экзогенных геологических процессов, связанных с созданием водохранилища и мо­

гущих представить опасность для эксплуатации его и

близрасположенных сооружений. Это потребовало мо­ билизации методов статических расчетов и разработки такой технологической схемы расчета, которая отвечала

бы задачам прогноза оползневой переработки берегов.

Следует отметить, что в настоящее время теория пе­

реформирования берегов разработана с неодинаковой

полнотой в отношении разных процессов переработки.

Если теория абразионной переработки, как и методы ее

прогноза, разработаны относительно полно на основе

богатого опыта исследований на равнинных водохрани­

лищах, то теория оползневых переформирований бортов

глубоких водохранилищ с высокодинамичным режимом

4

уровня (к которым Относится. большинство новых водо­

хранилищ Грузии), сооружаемых, как правило, в слож­

ных геологических условиях, по существу еще только на­

чинает формироваться.

Вследствие относительно малого срока эксплуатации,

небольшого числа горных водохранилищ в СССР и не­ достаточного внимания, уделявшегося проблеме перера­ ботки их берегов, остались малоизученными вопросы

влияния на устойчивость бортов динамики подземных вод, связанной с многометровыми перемещениями уров­ ня водохранилища, влияния водохранилища на длитель­

ную прочность, напряженное состояние и глубинную пол­

зучесть пород, на сейсмоактивность территории и другие

вопросы, сведения по которым помогут развить теоре­ тические положения и заложить основы надлежащих

методов прогноза. Нет сомнения в том, что совершенст­ вование теории и методов прогноза переработки берегов

горных водохранилищ является требованием ближайше­ го времени. Оно, очевидно, должно базироваться на тео­ ретических, экспериментальных и главным образом на­ турных исследованиях на водохранилищах и горных

озерах.

В то же время определившаяся недостаточность пред­

ставлений о процессах и факторах переработки берегов

горных водохранилищ и необходимость уже на данном

этапе располагать количественными прогнозными оцен­ ками последствий переработки берегов при составлении

проектов побудили авторов привести в данной книге имеющиеся, хотя и ограниченные, сведения о явлениях

переработки бортов водохранилищ Грузии и других гор­

ных районов и в качестве первого шага на пути решения

СЛОЖНОГО вопроса ИХ ∏p0ΓH03∏p0B⅛HΠH — некоторые при­

ближенные приемы прогноза, примененные в проектах,

прошедших экспертизу, с пояснением их использования

на примерах.

Основным материалом для книги послужили резуль­

таты научно-исследовательских работ, выполненных авто­ рами в б. ТНИСГЭИ имени А. В. Винтера1 (начиная

с 1955 г.). Использованы также публикации по данному вопросу, материалы по переработке берегов Мингечаур-

ского водохранилища, динамике наносов в Мингечаур-

ском, Ладжанурском и других водохранилищах, любез­

1 Ныне Грузинский научно-исследовательский институт энергети­ ки и гидротехнических сооружений (ГрузНИИЭГС).

5

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ГОРНЫЕ ВОДОХРАНИЛИЩА И ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ

Μ. ЗНАЧЕНИЕ ВОПРОСА

Современный этап гидроэнергетического строительст­ ва характеризует тенденция к освоению гидравлических

ресурсов горных рек путем сооружения высоких плотин и глубоких водохранилищ. Горные условия, как извест­

но, благоприятны для сооружения гидроэнергетических

каскадов с одним или несколькими регулирующими во­

дохранилищами [Л. 57]. В СССР горные водохранилища

пока немногочисленны и опыт их эксплуатации невелик.

Устройство горных водохранилищ вносит существен­ ные изменения в природные условия береговых склонов, отрицательно влияет на устойчивость бортов, вызывает местами значительные разрушения береговой полосы,

именуемые переработкой (переформированием) бе­ регов.

В свете явлений переработки берегов перед проекти­

ровщиками стоят разнообразные, часто весьма ответст-' венные задачи, от правильного решения которых может

зависеть судьба сооружений и прилегающих территорий.

К числу таких задач относятся, например: оценка опас­ ности загромождения узкого сечения водохранилища материалом переработки берегов и образования недопу­

стимого в энергетических каскадах дополнительного под­

пора; прогноз возрастания фильтрационных потерь в

связи с уничтожением в процессе переработки экранирую­

щих глинистых покровов на бортах; обеспечение надеж­ ности транспортных магистралей, сооружений и терри­ торий вблизи берегов, примыканий плотины и пр.; оцен­

ка изменения энергетической ёмкости водохранилища

в результате переработки берегов и вызванного ею за­ иления; установление границ береговых переформирова­

ний для определения потерь земель, нового строитель­

7

ства и т. д. и ряд других задач, решение которых непо­

средственно связано с прогнозом переработки берегов

водохранилищ.

Изучение процессов переформирования берегов водо­

хранилищ имеет в СССР сравнительно короткую исто­

рию, около четырех десятилетий. За эти годы выявлены главные факторы переработки берегов, накопился цен­

ный эмпирический материал, на базе которого для про­ гноза масштабов и скорости переработки берегов было

предложено несколько методов прогноза [Л. 18, 21, 22, 40 и др.]. Однако создать универсальный метод прогно­ за, одинаково приемлемый для различных типов водо­

хранилищ, не удалось.

Изучение переработки берегов горных водохранилищ,

создание методов прогноза наталкиваются на большие трудности, связанные с разнообразием природных усло­ вий чаши чі режимов работы водохранилищ, большим количеством факторов, влияющих на переработку, а так­

же с отсутствием достаточного опыта эксплуатации гор­

ных водохранилищ.

Чтобы нагляднее отразить специфику переработки берегов горных водохранилищ Грузии, описанию послед­ них предпослана краткая характеристика явлений на

водохранилищах платформенных зон СССР.

По существующей классификации [Л. 14] водохрани­

лища гидроэлектростанций европейской части СССР от­ носятся к типу равнинных, а по размерам — к категории

крупных и крупнейших. Они имеют площади, измеряе­

мые сотнями и тысячами квадратных километров, малые глубины, в среднем составляющие 8—10 м, редко дости­

гающие 20—30 м, преимущественно постоянные уровни с эпизодическими колебаниями до 5—10 м, часто низкие, пологие берега. Для равнинных водохранилищ харак­ терны малые скорости течений, устойчивый ледяной по­

кров з’имой и сильные ветровые волнения в остальное

время года.

При огромной поверхности воды в любом направле­

нии длина разгона составляет десятки километров; при этом возникают волны до 2—3 м высотой, способные

произвести большие разрушения берегов. Поэтому авто­

ры методов прогноза переработки берегов — В. А. Ширя-

мов, Н. Е. Кондратьев, С. Л. Вендров, Г. С. Золотарев, Е. Г. Калугин и др. — сходятся в едином мнении, что

главным фактором переработки берегов водохранилищ

8

являются ветровые волны. Применительно к этому глав­ ному фактору и разработаны методы прогноза перера­ ботки берегов, вошедшие в рўководства по проектирова­

нию '[Л. 4, 21, 22, 47 и др.].

Несколько иными параметрами, чем водохранилища гидроэлектростанций европейской части СССР, характе­

ризуются водохранилища Сибири и Средней Азии, клас­ сифицируемые как водохранилища предгорных и плоско­

горных областей. При сходстве с равнинными по раз­ мерам площади они обладают значительно большей

глубиной (до 100 м и более), характеризуются разнооб­

разием природных условий и, очевидно, более сложным воздействием водных масс на берега. Процессы перера­

ботки берегов на этих водохранилищах пока изучаются

(В. Μ. Широков, И. К. Никитин, 3. Халматов и др.). Горные водохранилища Грузии сходны с последними большой глубиной и разнообразием природных условий,

но, как будет видно из изложенного ниже, переформи­

рование их берегов весьма своеобразно. Следует под­

черкнуть, что большинство водохранилищ Грузии соору­

жено (и будет сооружаться) в весьма сложных инженер­

но-геологических условиях.

1-2. НЕКОТОРЫЕ ДАННЫЕ О ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩАХ

Водохранилища Грузии относятся к типу горных, апо

крупности — к категории небольших и малых [Л. 14], так

как площадь зеркала по условиям рельефа не превыша­ ет нескольких десятков квадратных километров. В то же время они имеют значительную глубину — десятки и сот­

ни метров и высокую призму регулирования (табл. 1-1).

Для устройства водохранилищ используются межгор­ ные долины, ущелья и каньоны, местные депрессии в ви­

де горных котловин эрозионного, тектонического или карстового происхождения, в том числе впадины озер. Соответственно водохранилища характеризуются боль­

шим разнообразием геоморфологических условий, мор­

фометрических параметров и режимов эксплуатации,

а также сложной совокупностью современных физико­

геологических процессов. В связи с этим и явления пере­ работки берегов водохранилищ отличаются друг от дру­ га. Поэтому первым шагом в изучении переработки бере­ гов должно быть установление характерных типов горных водохранилищ и тех особенностй их, которые опре-

9