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

HZ37 ^ 2 ≡j ПТ? ≡fflk ≡i TTk HTT ≡T

Wz7 [^↑11 Γ V EZ2» СП? ИТ I≡k

Рис. 3-1. Макет прогнозной инженерно-геологической карты перефор­ мирования берегов Джварского водохранилища (составил Γ. P. Xoситашвили в 1969 г.).

геодинамической активности (I категория); /3—зона с умеренной степенью

(числитель — степень геодинамической активности, знаменатель — степень про­ явления гидрологических факторов).

94

Таблица 3-2

Прогнозная оценка переформирования берегов Джварского водохранилища по участкам

значения степени геодинамической активности определе­

95

Участки с высокой и умеренной степенью геодипамп-

ческой активности с учетом их экономического значения или исходя из опасности разрушения при эксплуатации водохранилищ, гидротехнических и других сооружении,

подвергаются детальным исследованиям и количествен­

ным прогнозам на последующих стадиях проектирова­ ния объекта.

Так, инженерный прогноз переформирования наибо­

лее активного I участка берегов Джварского водохрани­ лища (см. § 4-5) был выполнен на стадии технического

проекта (ТНИСГЭИ1, 1966 г.) и рабочего проектиро­

вания Ингурской ГЭС (МГУ, 1969 г.).

Б. ПРОГНОЗ АБРАЗИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ

3-4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗА

Методика прогноза в соответствии с изложенным в гл. 2 должна отражать присущие горным водохрани­

лищам особенности абразионных процессов переработки

и в первую очередь зависимость их от положения и ди­

намики уровня, а именно: вовлечение в абразию много­

метровой полосы береговых склонов в пределах всей высоты призмы сработки; ежегодную повторяемость цик­

лов поднятий и опусканий уровня; периодичность и от­

носительную стабильность положений уровня преимуще­ ственно на отметках НПУ и УС; рассеивание энергии волнения по поверхности склона в пределах этих отме­ ток; изменяемость физико-механических свойств пород в полосе колебаний уровня при периодических намока­ нии и освобождении от воды; различия в процессах

абразии в периоды стабильного положения уровня

(образование абразионной отмели) и продолжительного

подъема или опускания уровня (плоскостной поверхност­

ный смыв грунта); нестабильность положения на профи­

ле аккумулятивных отмелей или практическое их отсут­

96

тельность волнового воздействия в зависимости от срока пребывания уровня на расчетном горизонте абразии и условия размываемости склонов, т. е. параметры волн, сопротивление пород размыву и пр., определяющие углы

откоса формирующихся отмелей и других элементов но­

вого профиля.

Рис. 3-2. Построение профиля прогноза абразионной переработки берегов горных водохранилищ (по Е. Е. Минервипой, 1966 г.).

/— осредненный график годового цикла эксплуатационных колебаний уровня водохранилища; 2 — естественный профиль откоса; 3— профиль прогноза с элементами переработки в разных фазах эксплуатации водохранилища; /— зона аккумуляции; II— нижняя абразионная отмель; ///-зона плоскостного смыва; IV — верхняя абразионная отмель; V— надводный откос.

Сообразуясь с изложенным, профиль прогноза дол­

жен слагаться из (рис. 3-2):

1)построения профилей абразионных отмелей-врезов па главных горизонтах абразии, соответствующих перио­ дам стабильного положения уровня;

2)построения между ними профилей зоны плоскост­

ного смыва для периодов продолжительных подъема и

опускания уровня;

ных водохранилищ главными горизонтами абразии сле­

дует считать уровни, близкие к НПУ и УС.

Определение главных горизонтов абразии произво­

дится по проектному хронологическому графику режима

эксплуатации водохранилища на 10-летний период. По нему определяется среднегодовая продолжительность стояния воды на характерных уровнях и строится осредненный график годового цикла эксплуатационных коле­

баний уровня, являющийся расчетным (рис. 3-2).

Процесс абразионной переработки берегов горных

водохранилищ во многом сходен с процессом ,переработ­

ки берегов равнинных водохранилищ, поскольку меха­

низм волнового воздействия на борта на тех и других идентичен. Поэтому прогнозирование размеров и формы абразионных отмелей-врезов на главных горизонтах

абразии можно выполнять с помощью получивших рас­ пространение методов прогноза с учетом сроков пребы­ вания уровня на расчетном горизонте и вероятных изме­

нений условий размываемости пород на нижнем гори­

зонте абразии.

Из числа методов прогноза переработки берегов по­

лучили распространение на горных водохранилищах

энергетический метод Е. Г. Качугина І[Л. 21] и метод

прогноза по наибольшей волне1 Г. С. Золотарева (Л. 18].

Первому следует отдавать предпочтение при часто ме­

няющихся ветрах по направлению и скорости, второ­

му— при четко выраженном господствующем направле­

нии ветров с высокими скоростями. C помощью одного

из этих методов строятся прогнозируемые профили аб­

разионных отмелей на верхнем и ннжнем горизонтах

абразии.

Для отрезков склона между верхней и нижней абра­ зионными отмелями строится линия, параллельная пер­ воначальному профилю до затопления, отсекающая зону

поверхностного смыва грунта, происходящего в периоды

продолжительных подъемов и опусканий уровня (рис. 3-2). Предположительно можно считать, что наи­ большие размывы склона между абразионными отмеля­

ми происходят при весеннем наполнении водохранилища

98

При расчетах и графических построениях профилей

прогноза абразионной переработки берегов используют­

ся: 1) параметры ветрового волнения: направление волн,

угол подхода к берегу, высота /гв, длина L, крутизна λ, период волн τ, а также при использовании энергети­ ческого метода суммарная энергия волнения Е; 2) коэф­

фициенты размываемости пород Kp и аккумуляции Ka,

углы абразионной и аккумулятивной отмелей ɑɪ, c⅛,...

..., ап, углы устойчивого надводного откоса β и т. д.

Основным инженерно-геологическим документом для

расчетов объема переформирования и построения про­

филей прогноза являются инженерно-геологические раз­

резы бортов с нанесенными на них по графику средне­

годовых колебаний уровня расчетными горизонтами абразии и другими расчетными показателями.

3-5. УЧЕТ ГОРНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ

Определение параметров ожидаемых волн на водо­

хранилище выполняется согласно существующим нор­

мам І[Л. 5, 21] и § 20—23 СН-92-60 (Л. 47] с введением некоторых поправочных коэффициентов, учитывающих особенности горных условий.

Поскольку волнения на горных водохранилищах

являются неустановившимися в силу орографических

условий и частой изменчивости ветров по направлению и скорости, связанной с ними, то, как отмечалось в §2-2,

зависимость Hb = f (IFb10) для них отличается от получен­ ной для равнинных водохранилищ (см. рис. 2-10); соот­

ветственно требуется введение поправочного коэффи­

циента к получаемой по номограммам Браславского высоте волн /іглі%- Ориентируясь на эмпирические дан­

ные по Храмскому водохранилищу, в первом приближе­

нии, можно рекомендовать следующие значения попра­

вочного коэффициента в зависимости от скорости ветра:

как при значительной крутизне бортов горных водохра­

нилищ глубоководная волна не трансформируется в мел­ ководную. Расчетные высоты волн на верхнем и нижнем

горизонтах абразии можно принимать одинаковыми и соответствующими длинам разгона на верхнем горизон­ те, что существенно упрощает прогнозирование.

Определение энергии волнения Е, тс-м, приходящей­ ся в год на 1 м длины берега, производится по графи­

кам расчета энергии волнения Е. Г. Качугина (Л. 21, 47] по расчетным высотам волн Apac4 и продолжительности

ветров. Полученную сумму годовой энергии волнения E

следует распределить между главными горизонтами

абразии и «поверхностями смыва» пропорционально со­

ответствующим отрезкам времени, ориентируясь на осредненный график годового цикла колебаний уровня.

3-6. ПРИЕМЫ РАСЧЕТА И ПОСТРОЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПРОГНОЗА

Как отмечалось выше, построение профиля абразион­ ной переработки берегов горных водохранилищ с учетом

режима уровня слагается из построений профилей абра­

зионных отмелей на главных горизонтах абразии, про­

филей плоскостного смыва, а также профиля аккумуля­

тивной отмели, в основном у нижней абразионной сту­ пени.

Согласно энергетическому методу Е. Г. Качугина [Л. 21] количество размытой породы на 1 м длины бере­

га определяется формулой

Q = EEKvKbtb, м3,

где E — расчетная среднемноголетняя энергия волнения, tc∙m zo∂-, Kp— коэффициент размываемости пород (чис­

абразионной отмели на верхнем или нижнем горизонте абразии вместо суммарной годовой энергии ЕЕ следует

принять ту долю годовой энергии Eb и £н, которая по времени соответствует пребыванию уровня на верхнем или нижнем горизонте абразии (см. § 3-4). Остальные

величины, входящие в формулу, .подбираются следую­

щим образом.

Величина Kp вследствие недостаточности прямых

данных по размываемости пород в условиях горных во-

100

дохранилищ принимается по существующим таблицам

(см. [Л. 21] и СН-92-60) с учетом геологического строе­

ния берега. Для обоснования величины Fp используются

результаты определения физико-механических свойств пород и специальных исследований изменяемости их во времени под воздействием водохранилища. При значи­

тельной изменяемости свойств пород во времени вели­ чина Kp для разных сроков прогнозирования может при­

ниматься различной.

Величину Кб для берегов высотой менее 30 м Е. Г. Ка­ лугин рекомендует подсчитывать по формуле

Kb = h6c,

где /іб — высота берега; с — эмпирический коэффициент,

равный 0,03 для легкоразмываемых и 0,05 для трудно-

размываемых пород.

м,

0,95. Поскольку в горных водохранилищах аккумулятив­ ные отмели имеют слабое развитие, за исключением от­

ским и практически возможным объемами размыва за счет, напри­

фили прогноза абразионных отмелей на верхнем и ниж­

нем горизонтах строятся в соответствии с рекомендация­ ми Г. С. Золотарева (Л. 18], однако с учетом особенно­

подводной аккумулятивной отмели, глубины которой от

101

Ё горных водохранилищах при частой невозможности

сохранения аккумулятивной отмели на затапливаемом

жащей на первоначальном профиле склона. Определяя

уклона абразионной отмели для графических построений

Рис, 3-3. Построение профилей абразионной и аккумулятив­ ной отмелей (по Г. С. Золотареву).

/ — профиль склона до затопления; 2 — профиль прогноза; / — уступ

профиля прогноза по данному методу, поскольку он за­ висит от свойств грунта, характера волнения, условий

размыва продуктов обрушения надводного откоса, деф­

ляции в периоды низких уровней воды и прочих факто­ ров. Некоторые сведения об устойчивых углах абразион­

ных отмелей по ограниченному опыту эксплуатации

горных водохранилищ содержатся в табл. 3-4.

Абразионный уступ вследствие обычно значительной

крутизны бортов быстро достигает высоты 2 м и более,

после чего бровка начинает обрушаться. Шаг обрушения при увлажнении подошвы откоса во время поднятия

уровня X (наибольшая ширина обрушающегося масси­

ва) может быть определен, исходя из условий опрокиды-

102

103