Глава 25

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В ОЗЕРАХ, ВОДОХРАНИЛИЩАХ, БОЛОТАХ

Озера — замкнутые углубления на поверхности земли, запол­ненные в большинстве своем пресной водой и не имеющие не­посредственной связи с морем. Озера занимают 2 % поверхности суши. В России их особенно много в Карелии, Новгородской и Тверской областях, а также в некоторых районах Сибири. Берега многих озер, особенно крупных, довольно плотно заселены и широко используются для промышленного и гражданского стро­ительства. Отсюда ясна вся важность изучения инженерно-геоло­гических условий районов озер.

Озера имеют различное происхождение. Среди них различают:

• тектонические —во впадинах тектонического происхождения (например, озера Байкал, Ладожское, Онежское);

• эрозионные —в котловинах размыва;

• карстовые —в заполненных водой карстовых воронках;

• плотинные,илизапрудные,образовавшиеся запруживанием рек в результате обвалов или других склоновых процессов.

Озера подобно морям совершают геологическую работу разру­шительного и созидательного характера, только в значительно меньших масштабах.

Разрушительная работа озер проявляется в абразивной деяте­льности волн, нагоняемых ветром. Постоянно дующие в опреде­ленных направлениях ветры вызывают волны, которые прибоем подмывают берега. Так создаются озерные абразионные террасы, выработанные в коренных берегах, иаккумулятивные,сложенные

377

озерными осадками. Озерные террасы формируются в тесной за­висимости от изменения положения уровня озера.

Каждое поднятие или опускание уровня воды в озерах вызы­вает абразионные процессы. Большое влияние на положение уровня оказывают тектонические движения земной коры, а в по­следнее время и производственная деятельность человека. Так, постройка Иркутской ГЭС обусловила поднятие уровня в озере Байкал на 1 м. Это вызвало переработку берегов в среднем на Юм, а в отдельных местах до 80 м. Размыв берега стал угрожать устойчивости Восточно-Сибирской железной дороги, проходящей по берегу озера.

Борьба с разрушительной работой озер проводится теми же методами, как и с морской абразией, но подпорные и волноот­бойные стенки, а также волноломы, буны и другие сооружения имеют значительно меньшие размеры и объемы.

Созидательная работа озер заключается в образовании отло­жений. Озерные осадкипредставлены большим комплексом раз­личных накоплений обломочного, химического и органогенного происхождения. Вдоль побережий, где формируются пляжи, на­веваются дюны. Озера откладывают в основном грубые обломки и различной крупности пески. Такой же материал, но уже в виде валов, накапливается при впадении в озера рек.

Донная часть озер заполняется глинистыми осадками, песка­ми, илами. На дне соленых озер самостоятельно или вместе с механическими осадками отлагаются соли (хлориды, сульфаты и др.). В озерах формируются специфические образования, свойст­венные только озерам, такие, как сапропель, торф, особые озер­ные мергели, иногда озерный мел, трепел.

Важнейшей особенностью некоторых мелководных озер явля­ется способность в определенных геологических и физико-гео­графических условиях переходить в стадию болот.

Водохранилища. В настоящее время человек широко использу­ет энергию рек для электрификации. В результате создаются ис­кусственные водохранилища по размерам, не уступающим самым крупным озерам. Общеизвестны крупнейшие водохранилища на Дону, Волге, Ангаре, Енисее. Строятся водохранилища для сель­скохозяйственных, бытовых и промышленных целей.

В искусственных водохранилищах так же, как в морях и озе­рах, наблюдается абразионнаяработа вод, но здесь она происхо­дит неизмеримо более интенсивно. Это объясняется тем, что речные долины, в которых создают водохранилища, образовались в континентальных условиях под действием эрозии рек и их про­филь не соответствует новым условиям, которые возникают при заполнении почти всей долины водой. Водохранилища стремятся

378

Рис. 130. Схема размыва берега водохранилища Волжской ГЭС:

1 — контур берега до устройства водохранилища; 2 — контур берега, образовавшийся в про­цессе эксплуатации водохранилища; 3 — водохранилище; ЗГС — зимний сезон сработки, НПГ — нормальный подпорный горизонт

выработать новый профиль берегов, и размыв береговой линии происходит особенно интенсивно (рис. 130). Разрушение и пере­работка берегов, как показывают наблюдения, начинается непо­средственно вслед за заполнением водохранилища.

Интенсивная абразионная деятельность водохранилищ неред­ко ставит под непосредственную угрозу жилые кварталы горо­дов, промышленные и транспортные сооружения, жилые здания (рис. 131).

Переработка берегов и формирование чаши водохранили­ща — сложный процесс, в котором принимает участие ряд факто­ров, различных по своей значимости. Его действие проявляется в волнах, течениях и периодических колебаниях уровня воды в во­дохранилище.

В нижней части водохранилища, примыкающей к плотине, в связи с отсутствием уклонов водной поверхности течения не воз-

Рис. 131. Размыв берега Цимлянского водохранилища

никают. В этом районе действует абразия так же, как в морях и озерах, за счет ветровых волн и колебаний уровня. В средней ча­сти водохранилища действуют паводковые течения. Переработка берегов происходит за счет их эрозионной деятельности. В верх­ней части водохранилища для периода паводка типичен речной режим с речной эрозией.

Большое разрушающее действие на берега водохранилища оказывает волноприбой,возникающий в результатеколебаний уров­ня.Амплитуда этих колебаний может быть значительной, напри­мер, в крупных донских и волжских водохранилищах она дости­гает 2—7 м.

Существенное влияние на переработку берегов оказывает мор­фология склонов,их геолого-литологическое строение и свойства пород.

По морфологическим особенностям выделяют берега приглу- бые с крутизной склонов более 6° и отмелые — менее6°. Наибо­лее сильно разрушаются приглубые берега, а на отмелых, наобо­рот, образуются наносы. В первом случае береговая линия отступает, во втором — образуются косы и отмели. Наиболее ин­тенсивно разрушаются выступы берегов. В бухтах чаще происхо­дит накопление осадков.

Скорость переработки берегов водохранилищ при всех прочих равных условиях возрастает с уменьшением высоты берегового откоса и определяется устойчивостью пород откоса против раз­мыва. При средней высоте откоса 2—4 м над бичевником ско­рость разрушения береговой полосы за один сезон бывает: для лессовых пород — до 8м и более; в различных песках —2м; в глинистых породах — до 1 м. Скорость волновой переработки бе­регов, сложенных коренными скальными породами, часто не имеет практического значения.

Водохранилища в большинстве случаев создают подпор грун­товым водам, и подземные воды оказывают дополнительное воз­действие на склоны, способствующие активизации оползней, об­валов. Все эти процессы проходят особенно интенсивно при быстрой сработке уровня воды в водохранилище. Возможны так­же случаи заболачивания берегов или образования солончаков.

Для проектирования строительных объектов инженерно-гео­логические исследования должны обоснованно дать прогноз пе­реработки берегов водохранилищ. При прогнозе оценивают: ши­рину полосы возможного размыва берега, интенсивность процесса переработки берега, т. е. ширину береговой полосы, ко­торая будет размыта за 1год,10лет,20лет и т. д.

В водохранилищах у берегов накапливаются осадки обломоч­ного характера. К ним примешивается материал конусов выноса 380

оврагов, дельтовых отложений рек, впадающих в водохранилище, делювиально-пролювиальные осадки. На дне водохранилищ от­кладывается материал, который приносит с собой вода главного русла реки (глины, суглинки, илы и т. д.).

В зону переработки берегов нередко попадают здания, соору­жения, сельскохозяйственные угодья. В этом случае их необходи­мо переносить в безопасное место или ограждать от влияния волн, разрушающих берег. Так, чтобы оградить ряд предприятий и жилых домов от разрушения в г. Саратове, пришлось крепить берег на протяжении 5 км. Для объектов нового строительства устанавливается безопасная граница возможного их приближения к берегу.

Существует ряд мер, которые позволяют активно бороться с переработкой берегов водохранилищ. За основу берут расчетные схемы, позволяющие прогнозировать характер переработки бере­гов. На основе этого разрабатывают защитные мероприятия, направленные против постоянных и временных подтоплений, по­вышения уровня грунтовых вод и переработки берегов водохра­нилищ.

Против переработки берегов водохранилищ можно применять те же сооружения, что и в борьбе с абразией морей и озер. Однако буны и волноломы хорошо выполняют свою роль лишь при не­больших колебаниях уровня, а в водохранилищах они значительны вследствие периодической сработки горизонта воды. Поэтому для защиты берега и дамб обвалования лучше применять различного рода покрытия из камня, железобетонных плит, асфальта, геосин- тетических материалов.

Переработка берегов по данным наблюдений, в частности, на Цимлянском и других водохранилищах наиболее интенсивно про­ходит в первые 2—3 года, когда берег продвигается до 20—50 м в год. Максимальное сезонное отступление берега до 350 м в тече­ние первых двух лет заполнения отмечено на Рыбинском водохра­нилище. Затем этот процесс постепенно затухает.

Для выбора типа одежды покрытия большое значение имеет прогноз времени затухания процесса переработки. Например, ас­фальтовые покрытия следует применять в местах, где переработка берегов будет развиваться в ближайшее десятилетие. Каменные покрытия надежны и долговечны. Основным их достоинством является приспособляемость к деформациям откоса, но главный недостаток — трудоемкость работ. Железобетонные покрытия от­личаются большей надежностью. Особенно перспективны конст­рукции из экологичных геосинтетических материалов.

Болота. Избыточно увлажненные участки земной поверхности с развитой на них специфической растительностью называют бо-

Рис. 132. Заболоченная местность

лотами (рис. 132). В России болота наиболее широко развиты в северных районах страны — европейской части Сибири. Хотя и в средней полосе их довольно много. В такой стране, как Белорус­сия, болот исключительно много. Болота более свойственны бе­регам рек, старицам, побережьям озер, вечной мерзлоте.

По происхождению, т. е. по условиям питания водой, болота подразделяют на низинные, верховые и переходные (рис. 133).

Низинные болотапитаются грунтовой, частично речной или озерной водой, а также дождевыми и талыми водами. Дляверхо­вых болотосновным источником поступления воды являются ат­мосферные осадки и талые воды.Болота переходного типаимеют смешанное питание.

В соответствии с условиями питания водой низинные болота образуются заторфовыванием водоемов,а верховые болота —забо­лачиванием суши.

Заболоченные землиформируются на тех участках земной повер­хности, где наблюдается уменьшение водопроницаемости грунтов

Рис. 133. Типы болот: а — низинное; б — верховое; I — минеральное дно; 2 — торф; 3 — ил; 4 — заболоченный грунт; 5 — вода (стрелки показывают питание болот атмосферной водой)

или ухудшение условий испарения воды, поверхностного ее стока и подземного дренирования. На этих участках грунтовые воды по­стоянно сохраняют свой высокий уровень. Их зеркало почти сов­падает с поверхностью земли. Часты случаи появления болот в ме­стах выхода на поверхность подземных вод, где отсутствует возможность оттока. Это ключевыеболота. Они имеют малую пло­щадь распространения, развитую болотную растительность с эле­ментами формирования торфа. Когда такие болота располагаются на верхней и средней частях склонов, их называютвисячими.

Болота и заболоченные земли, характерные для долин рек, называют пойменными. Заболоченные земли типичны также веч­ной мерзлоте, где их образование связано с оттаиванием верхне­го слоя и отсутствием возможностей к оттоку воды.

Строительная оценка болот.Болота являются неблагоприят­ными местами для возведения зданий и сооружений. Для опреде­ления возможности строительства на болотах необходимо устано­вить происхождение болота и его основные характеристики (глубину, рельеф минерального дна, площадь). Зная происхожде­ние болота, можно разработать мероприятия по его осушению. Наиболее легко осушаются верховые болота. Глубина болотных отложений имеет решающее значение для выбора типа фунда­мента и всей конструкции сооружения. По глубине болота по­дразделяют на мелкие (до2м), средние (2—4 м) и глубокие (бо­лее 4 м). При строительстве на мелких болотах, когда фундамент будет опираться на минеральное дно, наибольшее значение имеет рельеф дна болота. Наиболее благоприятно болото с горизонталь­ным дном.