5.5. Переформирование берегов водохранилищ

Наносы в водохранилище поступают не только со склоновым и русловым стоком, но и в результате переформирования берегов водохранилища, т. е. в процессе образования нового берега. При этом происходит разрушение одних участков берега и продукты разрушения в зависимости от их крупности и массы откладыва­ются в виде аккумулятивных форм на других участках берега или выносятся в глубоководную часть водохранилища. Основную роль в переформировании берегов водохранилища играют гидрологиче­ские факторы: волнение, течения, колебания уровня, как режим-168

ные, так и сгонно-нагонные, лед, температура и физико-химические свойства воды. Переформированию берегов способствуют геоло­гические процессы: выветривание, оползневые явления, карст, овражная и склоновая эрозия. Замедляют или ускоряют процесс переформирования берегов состав и прочность горных пород, на­правление залегания пластов, рельеф новых берегов водохранилищ, характер и мощность растительности на берегах, размеры водо­хранилищ и др. Переформирование берегов происходит в два этапа: становление новых берегов и их стабилизация. В первый период наблюдается интенсивное разрушение берегов, формирова­ние аккумулятивных форм и замедление переформирования бере­гов. Наиболее интенсивно берега водохранилищ разрушаются в первые годы после затопления водохранилищ. Скорость отступле­ния берегов составляет десятки и сотни метров в год. Так, на Братском водохранилище берег с 1962 по 1967 г. отступил на 759 м; на Каховском водохранилище к концу четвертого года на­полнения общая ширина зоны переработки берега составила 90... 100 м; на водохранилище Днепрогэс за 13 лет ширина зоны переработки составила 140... 180 м.

Переработка берегов в значительной мере процесс дискретный: наиболее активное разрушение берегов происходит во время штор­мов; это говорит о том, что волнение является основной причиной абразии берегов водохранилищ. Перемещение и переотложение продуктов происходит под воздействием волнения и вдольберего-вых, генерируемых волнением течений. В результате на водохра­нилищах формируются абразионные и аккумулятивные берега (рис. 5.9). Первые обычно представляют собой обрывистые обра­зования с узкими пляжами в бухточках между мысами и быстрым нарастанием глубин, вторые — пологие берега с широкими песча­ными пляжами и медленно нарастающими глубинами. На водо­хранилищах эти формы берегов весьма динамичны и изменчивы, так как процесс их формирования происходит при частом измене­нии уровня, иногда весьма значительном: на некоторых равнин­ных водохранилищах уровень при сработке меняется до- 7... 8 м и более. Такой уровенный режим усиливает абразию берегов, их протяженность, которая на некоторых водохранилищах достигает 50... 70% и более от общей длины. Так, длина абразионных уча­стков на Цимлянском водохранилище составляет 70%, на Кахов­ском — 85%, на Братском —41% (2473 км).

Наибольшей переработке подвергаются берега в нижней части водохранилищ, где площадь зеркала и глубина наибольшие, и поэтому здесь развиваются наиболее крупные волны. В этой зоне, как правило, наносы выносятся на глубину, формирование пля­жей— достаточно редкое явление. В средней зоне при сработке значительно уменьшается интенсивность абразии и в целом в сред­ней зоне стабилизация берегов наступает раньше, чем в нижней. В верхней зоне волновая абразия практически отсутствует, так как волны имеют малые параметры. Значительную роль в абразии

169

Рис 59 Характер переработки береговых склонов-

а — оползневый берег, б — обвально осыпной берег, сложенный песчаниками, в — обвально осыпной берег, сложенный суглин ками, / — растительный слой, 2 — суглинок, 3 — суглинок лес совидный, 4 — глина, 5 — песок, 6 ~~ известняк, 7 — песчаник, 8 — предполагаемая поверхность смещения, 9 — первоначальный профиль, 10 — профиль после переработки

берегов водохранилищ играет хозяйственная деятельность че­ловека, в частности, резко уси­ливается размыв берегов при строительстве всевозможных гидротехнических сооружений, направленных нормально к ли­нии берега и перерывающих вдольбереговой поток наносов

Рис 5 10 Схема переформирования бе­рега

Размыв берегов водохрани­лищ наносит огромный ущерб народному хозяйству, уничто­жая сельскохозяйственные и лесные угодья, вынуждая пере­носить жилые поселки и промышленные предприятия, дороги Поэ­тому при проектировании водохранилищ производится расчет ожи­даемой ширины зоны переработки берегов Предложено несколько методов расчета различными авторами Приведем здесь конечные формулы для вычисления ширины зоны переработки берега (рис 5 10), полученные Н Е. Кондратьевым

(5.17)

Устойчивый профиль берега складывается из криволинейной части bf шириной

прямолинейной части fd шириной

(5.18)

и откосов в виде отрезков прямой ab и de, проведенных соответ­ственно под углами к горизонту у_ог) и y_un<i Кривая bf строится по уравнению

(5.19)

где Л£4,₀— сработка; £₀— уклон береговой линии в точке Ъ\ (на урезе); i₁₀ — уклон отмели на расстоянии 10 м от уреза; уклоны t'o и 1ю зависят от крупности грунта (табл 5 2).

Таблица 5 2 Уклоны береговой отмели (о и (ю в зависимости от крупности частиц (по Н. Е. Кондратьеву)

Грунт	«0	'ю	Грунт	to	«10
Песок			Гравий
мелкий	0,03	0,0015	мелкий	0,19	0,03
средний	0,07	0,01	средний	0,21	0,05
крупный	0,14	0,02	крупный	0,25	0,08

171

Глубина размыва

(5.20)

где h_t — расчетная высота волны, принимаемая 15%-ной обеспе­ченностью в системе.

Ось Ох совмещается с нормальным подпорным уровнем и на­правлена от берега; ось Оу направлена вниз; начало координат располагается в точке Ъ на расстоянии L от положения прежнего уреза (см. ниже).

Отношение объема аккумуляции W_a к объему размыва W_wo определяют как отношение объема фракций после отмыва частиц мельче 0,05 мм к процентному содержанию всех фракций в общем объеме размыва, который принимается за 100%.

Перемещая построенный профиль abfde параллельно самому себе, находят после ряда попыток отношение W_a/W_Wo, равное ука­занному. Это положение нового профиля определяет величину L — ширину зоны размыва по урезу (b, b₍) и положение бровки откоса (точка а).