1590

реки или располагаются на речных берегах, которые интенсивно размываются, также разрушаются в результате воздействия других сопутствующих размыву факторов.

Размыв берегов сопровождается обычно осыпями, обвалами, оползнями, осовами, а также образованием промоин и оврагов на подмываемых береговых склонах, что в свою очередь способствует дальнейшему размыву берега.

На величину размыва берегов влияет их геологогеоморфологическое строение, сказываются гидрологические и термические условия, конфигурация и высота берега, характер русла в плане и профиле, режим уровня, скорость течения, высота и длительность паводка, его амплитуда, ледоход, заторы льда, снежная и дождевая эрозия и прочие факторы. Из литературных источников следует, что размыв берега на 10 - 15 м в год не представляет исключительного явления, достаточно широко распространен на реках России, и не считаться с ним нельзя.

Действительно, если многие сооружения, располагаемые на берегах рек, проектируются на безаварийную работу в течение 50 -100 лет, то даже смещение берега в 1 м приобретает существенно важное практическое значение.

Например, правый более высокий берег Иртыша (высота на отдельных участках достигает 60м), сложенный песчано-глинистыми отложениями, испытывает влияние деятельности вод, процессов выветривания и воздействия силы тяжести. Обвалы правого берега, осыпание склонов в малых размерах происходят постоянно и повсеместно; берег обрушается сантиметр за сантиметром.

Случайные наблюдатели отмечали значительные разрушения берега у с. Подбугорно – Ивановское – 2 м/ год, у с. Дурыпино – 4м/год, у с. Бронниково – 1 м/год. На правом высоком берегу р.Иртыша расположено с. Демьянское. Его основали в 1637 г. и с тех пор уже три раза переносили от реки, которая упорно преследуя переселенцев, размывала берега и подходила к селению. Теперь место, которое село занимало первоначально, лежит уже на левом берегу отступившей к востоку реки [25]. Но эти разрушения берега были наиболее выраженными, обратившими на себя внимание, и не могут служить основанием для характеристики средней скорости обрушения. Для определения средней скорости обрушения нужны данные наблюдения ряда лет на закрепленных точках или по аэроснимкам разных лет съемки.

10

В комплекс исследований, связанных с изучением динамики берегов для строительства различных сооружений вблизи и на реках, входят в общем случае:

а) натурные исследования (маршрутные, повторные и стационарные);

б) эмпирико-теоретические расчеты.

Им предшествует сбор и анализ литературных и архивных материалов по изучаемым вопросам. Общая схема организации исследований показана на (рис. 1.1) [4;6].

Все перечисленные виды исследований могут вестись или одновременно, если объект изучался ранее и исходных материалов для начала исследований достаточно, или в определенной последовательности, диктуемой наличием материалов и требованиями проектирования.

Обычно основными являются натурные исследования. На их основе получают исходные данные для эмпирико-теоретических расчетов прогнозирования деформации берега и уточняются уже предварительно выполненные расчеты.

Целью исследования являются:

–изучение современной динамики береговой деформации, а также прогнозирование ее вероятных изменений в естественном состоянии и во взаимодействии с гидротехническими сооружениями как существующими, так и проектируемыми;

–количественное прогнозирование размеров размыва берегов;

–разработка надежных, экономически оправдываемых мер по предотвращению разрушений берегов и сооружений на них.

Главная задача натурных исследований – это сбор сведений, необходимых:

–для определения направления и интенсивности смыва береговой полосы;

–оценки скорости обрушения берега или его устойчивости. Подготовка к натурным исследованиям состоит из следующих

этапов:

– сбора и анализа имеющихся материалов по литературным и фондовым источникам в виде архивных документов и отчетов по инженерным изысканиям прошлых лет, в том числе лоцманских карт и аэрофотоснимков;

11

–рекогносцировки объектов (в случаях, когда имеющиеся материалы не обеспечивают возможности составления достаточно обоснованной программы исследований);

–камеральной обработки собранных и полученных путем рекогносцировки материалов;

–ориентировочных эмпирико – теоретических расчетов для составления предварительных соображений о деформации берегов;

–сводки материалов, составления по ним предварительных выводов в форме записки и программы последующих натурных исследований с приложением наземных карт.

Картографические материалы (топографические карты и планы, лоцманские карты, схемы береговой полосы, аэрофотоснимки) изучаются с целью:

–получения картины качественных и количественных изменений в очертаниях берега в историческом плане и за последние годы;

–выбора надежной топоосновы для предстоящих натурных исследований;

–0 выявления и оценки пригодности существующей планововысотной опорной сети.

Уточняются виды и объемы работ, которые необходимо выполнить в поле для обновления и пополнения имеющейся геодезической сети или для получения новых топографо-геодезических и гидрологических материалов.

Рекогносцировка при подготовке к изысканиям производится с целью:

–выявления общих тенденций переформирования береговой зоны исследуемой территории;

–уточнения объемов и сроков изыскательских работ, границ, подлежащих исследованию территории, видов и объемов изысканий;

–рекомендаций по размещению пунктов и створов наблюде-

ний;

–оценки состояния и пригодности к использованию опорных знаков планово-высотной сети, створных знаков, наблюдательных вышек и т. д.;

–контроля качества имеющихся топографических планов. Камеральные работы по подготовке к исследованиям состоят: а) из сопоставления собранных материалов; б) предварительных эмпирико-теоретических расчетов;

12

в) составления пояснительной записки с предварительными выводами;

г) разработки программы последующих инженерных изыска-

ний.

Помимо работ непосредственно по исследуемому объекту в состав камеральных работ может входить исследование материалов по другим уже изученным районам как аналогам исследуемой территории.

Существенным методом анализа деформаций берегов является совмещение карт и планов, собранных за различные периоды

[14,15,16].

Итоговый документ работ по подготовке к натурным исследованиям – пояснительная записка по выполненной работе, которая должна содержать материалы, достаточные, во – первых, для сравнения, анализа и заключения о степени пригодности обследованных участков для предлагаемого строительства; во-вторых, предварительные соображения о схеме расположения сооружений, о защите береговой полосы от разрушения.

Составляется программа инженерных изысканий, в которой указываются задачи проектирования, границы районов, объемы, виды и методы производства работ, предполагаемые сроки их выполнения и представления отчетных материалов. К программе прилагается сметно – финансовый расчет стоимости инженерных изысканий и рекомендуемый график выполнения работ.

Главными факторами, оказывающими воздействие на деформации берегов Иртыша, являются:

а) легкая размываемость песчаных и суглинистых пород, слагающих берега;

б) скорость течения, достигающая в межень 0,5 – 0,7 м/с и в половодье 1,6 м/с;

в) волны, высота которых в половодье при штормовых ветрах достигает 1 м;

г) амплитуда колебания уровня воды в реке, достигающая 10 м; д) гидродинамическое давление и суффозия, возникающие при спаде уровня реки, разрушающие береговые склоны и вызывающие

смещение в реку масс пород; е) оползни, осовы, обвалы, овраги и другие гравитационные и

эрозионные процессы на склонах, деятельность которых стимулируется подмывом берегов.

13

интенсивно. Наиболее интенсивный размыв берегов происходит в половодье при штормовых ветрах, при совместном воздействии абразии и эрозии. Размыву берега также способствуют ледоходы, заторы льда, ливневые осадки, талые воды.

В обжитых районах размыву берегов заметно способствует деятельность человека: вырубка леса и разрушение дернового покрова на склонах, подрезка и сбор по ним сточных и ливневых вод, устройство съездов к берегу и т.п.

Анализ руслового процесса реки целесообразно подразделить на три основных этапа:

1.Предварительное изучение руслового процесса по уже имеющимся картографическим материалам.

2. Полевые исследования руслового процесса.

3.Обобщение данных предварительных камеральных и полевых работ, производство окончательных расчетов деформаций русла и поймы, составление прогнозов развития руслового процесса.

При предварительном исследовании руслового процесса по имеющимся картографическим и аэрофотосъемочным материалам можно:

–выявить схему деформаций русла и поймы реки, свойственную исследуемому участку, определить границы морфологически однородных участков;

–получить основные размеры макроформ и на этой основе выявить их характерные значения;

–оценить средние многолетние и по отдельным периодам скорости плановых деформаций русла реки на основе сопоставления карт разных лет;

–уточнить необходимость проведения и задачи полевых работ. Основное внимание при производстве полевых работ должно

быть обращено на следующие основные вопросы:

–получение количественных характеристик русловых и пойменных деформаций;

–оценка влияния этих деформаций на условия хозяйственного использования реки;

–выявление участков, требующих по своим природным особенностям или хозяйственному значению постановки особо детальных полевых наблюдений;

–получение материалов для составления программы детальных стационарных исследований руслового процесса.

15

Завершающим этапом предварительных камеральных работ и полевых исследований является получение окончательной схемы развития руслового процесса на исследуемом участке реки, количественных его характеристик, основных закономерностей и связей с определяющими факторами. При этом появляется возможность проведения инженерных расчетов и прогноза деформаций русла реки.

Картографические и аэрофотосъемочные материалы являются основой для суждения о размерах деформаций русла и поймы. Для изучаемого участка реки должны быть подобраны наиболее крупномасштабные наземные съемки русла и поймы реки, выполненные в разные годы, а также аэрофотоснимки. Так как наиболее наглядно и объективно характер общих деформаций русла может быть выявлен лишь при пользовании данных за длительные сроки, то карты исследуемого участка следует подбирать так, чтобы они освещали возможно более длительный период (25 – 50 лет).

Для того, чтобы получить уверенность в закономерном характере деформаций русла и поймы в годы между крайними по времени съемками, желательно иметь возможно большее число промежуточных съемок. Хотя детальному сопоставлению будут подлежать съемки, наиболее удаленные друг от друга по времени.

Так как основную информацию о деформации русла и поймы получают путем сопоставления карт разных лет, то должна быть уверенность в надежности картографического материала. Для того чтобы определить допустимый интервал времени между съемками, воспользуемся формулой

где t – время между съемками; mc – средняя квадратическая ошибка определения смещения, равная

i – относительная ошибка наблюдения, принимается обычно равной

1/10;

с – средняя скорость смещения берега или излучины.

Если принять mс=14 м, для масштаба 1:10000, а среднюю скорость смещения излучин для Иртыша равной 18 м, то

16

Для изучения изменения русла р. Иртыша нами использованы коллекции рукописных карт. Из этой коллекции нами изучена ”Специальная карта течения р. Иртыша от г. Тобольска до Семипалатинской крепости, списанная по пути на Камчатку Герардом Фридрихом Миллером 1734г.” в масштабе 1:190 000. Карта на четырех листах, на каждом по три отрезка русла р.Иртыша. На карте показаны русло реки, притоки, населенные пункты. Она отличается подробностью и точностью в передаче форм русла Иртыша. Сравнение карты 1734г. с современной картой масштаба 1:100 000 показывает, что Иртыш за этот отрезок времени продолжал спрямлять свой путь. В своем среднем течении Иртыш ликвидировал остатки последних излучин. В районе Черлака существовала крутая излучина, хорошо изображенная на карте Г.Ф.Миллера. В настоящее время Иртыш перерезал излучину и вплотную подошел к райцентру Черлак, вызывая разрушение берега и оползневые явления. Старое русло Иртыша используется сейчас как место стоянки судов.

На карте Семена Ремезова, датированной 1696 г., в районе современного селения Чернолучье проходил волок для судов, а Иртыш делал большую излучину. Там, где действовал волок, сейчас проходит основной стержень реки. По данным картам можно установить скорость смещения русла река за счет отмирания излучин, которая равна 15 – 18 м/год. Отмечено, что после спрямления русла, за счет отмирания излучин, скорость размыва берега резко снижается. Среднегодовая скорость обрушения берега равна 1,4 м, а утроенное значение годовой скорости 1,2 м очень близко к результатам случайных наблюдений, зафиксировавших наиболее значительные и поэтому более заметные разрушения.

Надо считаться с неравномерностью разрушения берега. После отмирания излучины скорости обрушения резко сокращаются. Об этом свидетельствуют проведенные наблюдения в районе с.Чернолучье, где до отмирания излучины годовая скорость смещения русла равна 19 м/год. В настоящее время отмирание излучины почти закончилось и мы можем ожидать сокращения скорости разрушения берега.

Средняя годовая скорость обрушения коренного берега оказалась равной 0,2 м, и это, на наш взгляд, наиболее достоверный результат.

В настоящее время с вводом Бухтарминской и Щульбинской ГЭС наблюдавшиеся ранее паводки прекратились, пойменные уго-

18

дья не стали затопляться. В результате регулирования стока происходит изменение гидрологического режима реки во все сезоны года. Зимняя межень может оказаться повышенной по сравнению с естественным режимом. В половодье расход воды значительно сокращается, уменьшаются объем стока, высота и длительность половодья. Существенно важным является исключение катастрофических подъемов воды из-за заторов льда. Здесь определенную роль играют инженерные профилактические мероприятия и сокращение толщины льда из-за сброса теплых вод.

На основании данных многолетних наблюдений можно сделать вывод, что скорость обрушения коренного берега в последнее время значительно снизилась. Это связано с низким уровнем паводковых вод, которые оказывают меньшее влияние на разрушение берега. Разрушение берега идет в основном за счет снеговой и дождевой эрозии. Обрушившиеся массы земли с высокого берега уже не падают в реку и не уносятся ее водами из–за низких паводков. Река в меньшей степени подмывает берег. Происходит выхолаживание склонов берега за счет водной эрозии, которая прослеживается по всей исследуемой территории и характеризуется средней годовой скоростью обрушения коренного берега р. Иртыша, равной 0,2 м/год. В местах, где четко фиксируются ежегодные обрушения коренного берега более 1м, нужно проводить более полные стационарные исследования, так как эти обрушения не позволяют строить объекты, рассчитанные на длительную эксплуатацию, ближе 50 – 100 м от бровки берега.

Однако наиболее опасными являются не мелкие обрушения берега, а возможности катастрофических обрушений и движение оползней, что заставляет искать способы их прогнозирования.

Прогноз плановых деформаций русла осуществляется при наличии двух равновременных карт. Он составляется на основе экстраполяции величин смещения берегов русла, определяемых совмещением исходных планов русла, выполненных с интервалом не менее 5 – 7 лет. Экстраполируя смещение характерных точек русла по направлению и по величине получают положение русла на прогнозируемый срок. При этом необходимо принимать во внимание обстоятельства, способные изменить характер русловых деформаций, в частности, приближение излучины к коренному склону или останцу, образование спрямляющих протоков на смежных излучинах, оправдываем

19