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

склонах в зоне сработки образовался многоярусный рельеф с абразионными ступенями на разных уровнях (Л. 6, 7, 8]. Волнами в первые же годы эксплуатации был раз­

мыт склон северной гряды, являющейся основанием двух

бетонных плотин, что вызвало возрастание фильтрацион­

ных потерь, выщелачивание гипса из пород основания

и деформации обеих плотин. Оползневых явлений и за­

иления не наблюдается.

Ткибульское водохранилище создано в

Ахалсопельской котловине в районе слияния рек Ткибу-

ли и Скипи, имевших ранее выход в карстовую воронку.

Водохранилище имеет ширину 3,5 км, длину по Скипи v 4,75 и по Ткибули 8 км; наибольшая глубина 35 м, сра­ ботка до 7 м. Абразии ветровыми волнами подвергаются берега водохранилища на значительной длине.

Как видно из приведенного, водохранилищам этой группы, несмотря на различие геологических условий,,

присуще сходство основных морфометрических и гидро­

логических черт. Они имеют относительно пологие бор­

та, значительные площади зеркала, наблюдаются силь­

ные волнения и абразионные размывы берегов; оползневые

явления почти полностью отсутствуют; слабы процессы

заиления. Таким образом, для водохранилищ в горных

котловинах основным видом переработки является абра­

зия береговых склонов в зоне призмы сработки.

Водохранилища в смешанных формах рельефа имеют место при одновременном подпоре двух или нескольких

рек с разными геоморфологическими условиями, при

изменении характера долины по длине водотока, различ­ ном строении противоположных берегов и т. п. Участки

бортов таких водохранилищ с разным строением разли­ чаются явлениями переработки. Характерным примером

является Гальское водохранилище.

Гальское водохранилище на р. Эрис-Цхали имеет длину 9 км, ширину от 0,5 до 1,5 км, площадь зеркала 7,5 км2 и наибольшую глубину 49 м. Водохра­

нилище — нижняя ступень Ингурского каскада — вступи­

ло в эксплуатацию в декабре 1970 г. Оно рассчитано на транзитный пропуск отработанной на Ингурской ГЭС

воды в количестве около 450 Ms!ceκ при устойчивом по­

ложении зеркала на НПУ. Кратковременные эпизоди­ ческие колебания ±5,0 м допускаются при аварийных сбросах и принятии паводков. Однако водохранилище

работает в режиме, отличном от проектного, аккумули-

21

руя лишь небольшой сток р. Эрис-Цхали. Морфологиче­ ски чаша водохранилища представляет участок горной

долины в месте выхода реки из ущелья в область хол­

мистых предгорий и состоит из нижней расширенной ча­

сти и верхней узкой изогнутой (см. рис. 4-7). Берега резко асимметричные: левый — крутой скалистый сложен третичными известняками и другими прочными порода­ ми, правый — относительно пологий, сильно изрезанный

оврагами, сложен третичными конгломератами, песчани­ ками и глинами, в том числе майкопскими. В таких

грунтах на обрывистых склонах верховий водохранили­

ща имеются оползни, большей частью затопленные. Расширенная часть подвержена ветрам, наблюдаются

волнения, возможна абразия берегов. По прогнозу

(см. § 4-3) ожидается активизация имеющихся и обра­ зование новых оползней. Срок эксплуатации водохрани­

лища пока недостаточен для проявления процессов пере­

работки.

Таким образом, Гальское водохранилище как водо­

хранилище смешанного типа можно разделить по длине

на нижнюю половину с абразионной переработкой бере­ гов и верхнюю — с оползневой.

1-3. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Основываясь на приведенных данных, можно выде­

лить три основных вида переработки берегов горных во­ дохранилищ:

1)абразионную, когда водохранилище подвергается

действию ветра и размеры водной поверхности доста­

точны для образования волн;

2)оползневую, в случае больших глубин и динамич­

ного режима эксплуатации, что отрицательно влияет на

статику склонов;

3) сложную абразионно-оползневую, условно назван­

ную многофакторной.

Для разных видов переработки берегов требуется применение разных методов прогноза; следовательно,

возникает необходимость детально классифицировать

горные водохранилища для целей прогноза.

Поскольку для устройства горных водохранилищ ис­

пользуются, как отмечалось выше, котловины, долины

горных рек и каньоны, целесообразно подразделить их

22

на водохранилища котловинного, горнодолинного, кань-

онного п смешанного типов (рис. 1-5). Такое подразде­ ление отражает и гидрологические различия, а также различия в процессах и условиях формирования новых

берегов.

Действительно, при проектировании гидрологические

параметры водохранилища назначаются, в значитель­

Таким образом, высота призмы сработки и площадь водохранилища находятся в обратной зависимости. Эта

зависимость отчетливо прослеживается при сравнении

водохранилищ в котловинах и каньонах. В первых об­

ширная площадь сочетается с небольшими глубиной и

высотой призмы сработки, во вторых, малая поверхность

воды сочетается с большими глубиной и высотой призмы

сработки. А это, как отмечалось выше, меняет форму

воздействия водных масс на берега, вызывая в одних

случаях абразионную, в других — оползневую перера­

ботку.

C другой стороны, условия проявления процессов пе­ реработки связаны с природной инженерно-геологиче­

ской обстановкой. Для разных типов водохранилищ ха­

рактерны различные сочетания природных условий и яв­

лений. Например, для котловинных — пологие береговые

склоны преимущественно в четвертичных грунтах, не­

большие глубины затопления и сработки, мало влияю­ щие на статику склонов, слабая активность физико-гео­ логических процессов, но сильная подверженность вет­

рам и волнениям, что и определяет преобладание абра­ зионных процессов; для каиьоиных — крутые Ѵ-образ-

ные профили ущелья с обрывистыми склонами высотой в несколько сотен метров, тектоническое ослабление по­ род, наличие зон крупных дизъюнктивных нарушений,

островное расположение покровных грунтов и неустой­

чивое залегание их на крутых склонах, неотектонические

движения, сейсмические сотрясения, обвалы, оползни

(в том числе крупные скальные), активное выветрива­ ние пород, эрозия и денудация. На этом фоне факторы

нарушения равновесия отдельных участков склонов во-

23

C

а — котловинный; б — горнодолинный;

24

дохрапилищем приобретают решающее значение; горно­

долинные водохранилища наиболее разнообразны мор­ фометрически, наблюдается весь диапазон элементов от

пологих, всхолмленных и террасированных косогоров до

высоких обрывистых склонов с трещиноватыми вывет-

релыми породами; столь же разнообразны в них и физи­

ко-геологические явления; ветровой режим и волнение интенсивные, что способствует абразии берегов, а глу­

бокое затопление бортов — нарушению условий равно­

весия склонов.

Таким образом, морфометрические параметры, гид­

рологические режимы и явления переработки берегов

горных водохранилищ находятся в тесной взаимосвязи.

Следовательно, морфологический признак, как объек-

Табліща 1-2

Классификация горных водохранилищ по переработке берегов

П римечанне. Классификация разработана Е. Е. Минервиной в 1960—1968 Г Г,

26

Тивно отражающий эту взаимосвязь, можёт служить для

целей прогноза переработки берегов в качестве классы

фикационного. В табл. 1-2 приведена схема классифика­

ции горных водохранилищ, составленная по этому при­

знаку.

Вновь формирующиеся берега могут различаться по геодинамическим типам даже в пределах одного водо­

хранилища. Однако вариации разновидностей берегов ограничиваются в каждой группе водохранилищ опреде­

1-4. УРОВЕННЫЙ РЕЖИМ И РОЛЬ ЕГО В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ

Отличительной особенностью горных водохранилищ

являются большая глубина воды и динамичность уров­

ня, характеризующаяся значительным диапазоном годо­

вых колебаний и высокой скоростью его перемещения при подъемах и сработках.

Режим эксплуатации большинства горных водохра­ нилищ характеризуется цикличными изменениями уров­

ня от НПУ до УС в течение года. В среднем с марта —

апреля начинается весеннее наполнение, к июлю уровень

приближается к НПУ, держится па этом уровне от 1,5

до 5—6 мес., с сентября начинается сработка и к февра­ лю уровень опускается до наинизшего положения (УС),

сохраняющегося до марта. Затем начинается следующий

цикл весеннего подъема уровня1 (рис. 1-6).

Осредненные кривые уровней (рис. 1-7) отражают различия гидрологических режимов по отдельным груп­ пам водохранилищ, а именно: наименьшие глубины и

величины годовых колебаний уровня присущи котловин­

ным водохранилищам, наибольшие—каньонным; горно­ долинные занимают промежуточное место как по глу­

бинам, так и по величинам годовых колебаний уровня.

Из рис. 1-6 видно, что поверхность воды почти по­ стоянно пребывает в восходящем или нисходящем дви­

27

уровни (от НПУ до УС и обратно). Скорость ѵ пере-

Годи

Рис. 1-7. Осредненные кривые уровней водохранилищ разных типов.

I — котловинного (по фактическим данным); 2— горнодолинного (по фактическим и проектным данным); 3—каньонного (по проектным данным).

риода наполнения или сработки Δ/, т. е. v=Alι∕At, усред­

ненію по типам водохранилищ составляет:

Эти цифры демонстрируют исключительную дина­ мичность уровня.

29

Движение уровня дважды в год перемещает вверх и вниз горизонты абразии, вследствие чего в зону пере­ работки попадает не узкая полоса берега на урезе, а весь

откос в пределах сработки высотой 15—20 м и больше.

При этом в зависимости от скорости перемещения уров­

ня меняются характер, масштабы и темпы абразионного

процесса (см. § 2-5). В глубоких водохранилищах верти­

кальное перемещение уровня дважды в год сопровож­ дается изменением силовых нагрузок, напряженного со­

стояния и условий равновесия склонов.

Изменения уровня дважды'в год смещают в плане границу выклинивания подпора то в сторону плотины,

то от нее; в результате в этой зоне периодически меня­

ется режим подпертого бьефа на режим горного потока с размывающими скоростями. Ежегодное повторение

циклов насыщения пород при наполнении и освобожде­

ния от воды при сработке усиливают выветривание по­

род в полосе колебаний уровня, что понижает прочность и сопротивление их размыву.

Таким образом, колебания уровня оказывают непо­ средственное влияние на развитие береговых и русловых

процессов переформирования бортов и чаши горных водохранилищ и во многом определяют их темпы и

масштабы.

ГЛАВА ВТОРАЯ

НАТУРНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ БЕРЕГОВ ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ

А. АБРАЗИОННАЯ ПЕРЕРАБОТКА БЕРЕГОВ (НА ПРИМЕРЕ ХРАМСКОГО И ДРУГИХ ВОДОХРАНИЛИЩ)

2-1. УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ АБРАЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Под абразионной переработкой понимают процесс

переработки берегов, обусловливаемый ветровым вол­

нением.

Особенности абразионной переработки берегов изу­ чались на Храмском (Е. Е. Минервиной, 1957—1964 гг.)

и Тбилисском (Н. Г. Варазашвили, 1957—1968 гг.) кот­

ловинных водохранилищах. Основным материалом при

30