8. Подмыв и разрушение берегов морей, озер и водохранилищ

Разрушение берегов морей и озер под воздействием волн и при­брежных течений называется абразией. Процесс формирования берегов водохранилищ принято называть переработкой так как до создания искусственного водо­ема горные породы современных берегов находились в иных естест­венных условиях и формировались под воздействием других геоло­гических процессов.

Береговая линия — это меняющаяся во времени граница кон­такта суши и моря (водоема). Узкая полоса суши вдоль береговой линии с современными аквальными и субаквальными формами рельефа называется берегом. В зависимости от преобладающих в береговой зоне геологических процессов и явлений формируются абразионные или аккумулятивные берега. Абразионные берега обычно приглубые и сложены коренными породами. Они имеют следующие характерные морфологические элементы: берего­вой обрыв; волноприбойная ниша; узкий пляж; подводная абразион­ная отмель, обычно сложенная коренными породами; подводная прислоненная аккумулятивная отмель (терраса). Основными морфологическими элементами мелководных акку­мулятивных берегов являются: надводная терраса; береговой вал, сложенный песками и гравием; пляж; подводная аккумулятив­ная береговая отмель с подводными валами.

Подмыв и разрушение берегов проявляются в изменении очертаиия береговой линии и выработке устойчивого профиля берега при данном уровне воды в водоеме. Этот геологический про­цесс направлен на установление динамического равновесия между силами разрушения – абразией и гравитацией – и внутренними силами сопротивления слагающих берег горных пород. Характер и направленность подмыва и разрушения берегов определяются соотношением след ведуших факторов: 1) абразионным действием водоема, связанным с размывом волнами берегового склона и переносом материала разрушения; 2) аккумуляцией материала разрушения берегов; 3) аккумуляцией рыхлого материала, приносимого береговыми течениями и реками.

Абразионные процессы в значительной степени зависят от вы­соты волны, ее водной массы и скорости в прибрежной зоне. Высота волны определяется силой и продолжительностью действия ветра, длиной разгона и глубиной водоема в береговой зоне. При глубине равной высоте волны происходит полное или частичное ее обруше­ние. Именно на этом участке береговой зоны осуществляется основ­ная работа волн по подмыву и разрушению берегов. Также необходимо учитывать петрографический состав и физико-механические свойства слагаю­щих их горных пород. Скорость перемещения береговой линии в сторону суши может достигать метров или даже десятков метров в год в зависимости от прочностных характеристик и устойчивости береговых горных пород. При этом высокие обрывистые берега разрушаются быстрее выположенных из-за активного участия в этом процессе сил гравитации.

Лишенные пляжа берега разрушаются быстро. Поэтому сохранение рыхлого материала в береговой зоне водоемов и прибрежных течений с потоками наносов, формирующих пляж и другие аккумулятивные формы, необходимо для сохранения динамического равновесия в развитии геологических процессов по выработке устойчивого профиля берега при современном уровенном режиме.

Переработка берегов вдхр происходит также под воздействием процессов подмыва и разрушения слагающих новые берега горных пород, находившихся до строительства искусственных водоемов в других природных условиях. После наполнения водохранилищ эти условия резко изменяются и часто вызывают нарушение равновесие масс горных пород на склонах отдельных участков и образование или существенную активизацию осыпей, обвалов, оползней. Совокупность этих склоновых процессов наряду с аккумуляцией рыхлого материала вдоль береговой линии вдхр составляет существо явления переработки берегов.

Абразионный характер разрушения берегов преобладает на це­лом ряде водохранилищ, иногда охватывая более 70 % береговой линии и причиняя значительный материальный ущерб. Так, на Ры­бинском водохранилище песчаные берега отступили местами от первоначального положения более чем на 100 м.

Среди основных факторов, определяющих формирование бере­гов вдхр, следует выделить:

1) гидрологич — размеры вдхр, его уровенный, ледовый и волновой режимы, волноприбойные явления, направлен­ность и интенсивность береговых течений, господствующие ветры и др.; 2) геоморфологич — рельеф абразион и аккумул участков побережья, особенности подводного берегового скло­на и др.; 3) геологич — петрограф состав горных пород, их физико-механические свойства, условия залегания и тектоническое строение, неотектонические движения земной коры, современные геологические процессы, их проявление и активность и др.; 4) антропогенные — режим эксплуатации водохранилища, хозяйственная деятельность в береговой зоне (строительство, распашка склонов, добыча ПИ), интенсивность судоход­ства и др.

Переработка берегов наиболее интенсивна в первые годы после наполнения водохр и постепенно затухает во времени. По мере своего формирования берега постепенно приобретают относительно устойчивое состояние и процесс их переработки замедляется до практически полной стабилизации. Важно отметить, что режим сработки и наполнения объема водохр по определенному графику существенно влияет на характер и интенсивность переработки берегов. Перемещение береговой линии водохранилищ при их сработке может составлять по вертикали - до 80 м, по горизонтали – до 10 км. => усиливаются геологич процессы по берегам, ускоряется выветривание прибрежных гп, возрастают их фильтрационные деформации и т. п.

Г.С. Золотарев предложил выделять следующие группы горных пород по степени их размываемости:

1. лессы и несвязные пески — легкоразмываемые; 2. плотные глины — среднеразмываемые; 3. песчаники, известняки, мергели и др. полускальные по­роды — слаборазмываемые; 4. скальные породы — практически неразмываемые.

В соответствии с различной размываемостью ГП и особенностями гидрологич режима водохр на различ­ных участках береговой зоны может формироваться абразионный или абразионно-аккумулятивный тип берега. При прогнозе форми­рования таких берегов следует определять: 1) ширину зоны переработки; 2) скорость переработки, или скорость перемещения береговой линии в сторону суши; 3) содержание и очередность ин­женерных мероприятий для предотвращения или локализации раз­рушения и подтопления прибрежной территории. При этом ширину и скорость переработки обычно прогнозируют на разные сроки после наполнения водохр: через 1 год, 10 лет, на конечный этап переработки – при практически стабильном положении берегового уступа.

Для подобных прогнозов проводят необходимые изыскания и строят инжененерно-геологические разрезы по наиболее важным или типичным участкам береговой зоны. На каждом разрезе отражают геол строение, гидрогеологич условия, петрографич особенности и физико-механич свойства ГП, расчетное положение береговой линии в разные интервалы времени при соответствующем НПУ (нормальном подпорном уровне) водохр. Важной характеристикой явл также углы естественное откоса пород, слагающих береговую зону. Они зависят от петрографич особенностей пород, их гранулометр состава, плотности сложения, влажности и др физико-механ хар-к. Велечины углов естеств откоса устанавливают по лаборат испытаниям, полевым наблюдениям или принимают для предварительных расчетов по соответствующим таблицам.

=>прогнозные оценки проводятся на основе полевых изысканий и предполагают подготовку и представление обосно­вывающих материалов и расчетных характеристик в виде: 1) расчетной схемы — геологического разреза по каждому типичному участ­ку береговой зоны; 2) расчетных данных — свойства ГП, гидрол и эксплуатационные характеристики водохр на рассматриваемом участке береговой зоны; 3) расчетного периода — характерные периоды времени для составления прогноза.

Каждый прогноз по характеру и интенсивности подмыва и разру­шения берегов сопровождается инженерно-геологическим обоснованием мероприятий по защите территорий и локализации опасных или нежелательных явлений. Эти мероприятия подразде­ляются на профилактические и капитальные. Профилактические меро­приятия направлены на предотвращение развития негативных процес­сов в береговой зоне и сводятся в основном к сохранению существую­щих пляжей и других аккумулятивных форм, сохранение берегоукрепи­тельных сооружений и созданию условий для их нормальной эксплуатации, режимным наблюдениям для предупреждения аварий­ных ситуаций. Капитальные мероприятия заключаются в строительстве различных сооружений для непосредственной защиты берегов от разрушения или для наращивания рыхлого материала в прибрежной зоне в виде пляжей и отмелей.