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

где IFpe4, IFcep, W7OBp — количество наносов, соответствен­

но речных, за счет переработки берегов и овражных.

Иначе говоря, речных наносов 89,8%, береговых 9,1%,

[Л. 50] наносы у подножий Боздага не превышают 0,7 м,

и, естественно, не могут оказать положительного влияния на устойчивость берегов.

Влияние отложения наносов на устойчивость берегов проявляется в малых водохранилищах па горных реках

с большим твердым стоком, как это имеет место, напри­

мер, в Ладжапурском водохранилище. В последнем пе­

реформирование берегов и заиление чаши связаны в не­ разрывный, взаимообусловленный процесс.

Взаилении горных водохранилищ, как это показано

в§ 2-9, иногда участвуют сели. Роль селевого потока при соответствующих условиях может выйти далеко за

ми», которые «беспорядочно метались», разрушая бере­

га, и, протаранив естественную плотину, уничтожили за

считанные часы прекрасное горное озеро1.

Таким образом, селевые потоки, часто возникающие

в горах, могут при неблагоприятном расположении селе­

вого очага и селепроводящего русла по отношению к во­

дохранилищу явиться одним из факторов разрушения берегов.

1 Д. И. Щербаков. «Горное цунами». — «Комсомольская правда», 1963, 24 авг.

34

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

МЕТОДЫ ПРОГНОЗА ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ

А. ПРОГНОЗ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ БЕРЕГОВ, ОСНОВАННЫЙ НА ПРИНЦИПЕ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ

ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ТЕРРИТОРИИ

3-1. ПРИНЦИП ПРОГНОЗА

На разных стадиях проектирования гидроузла задачи и методы прогноза переработки берегов различны. На

ранних стадиях проекта обычно пользуются инженерно­ геологическими методами. Одним из таких методов, раз­

работанным Г. Р. ХоситЭшвили в 1969 г. для водохра­

нилищ преимущественно каньонного и горно-долинного

типов, для которых общепринятый критерии оценки пе­ реработки полинейному отступанию берега недостаточен,

является метод прогноза, основанный на принципе ком­

плексной оценки^ степени г е о д и н а м и ч е с к о fi а к ти в-

ности территории. В нем понятие «геодинамиче­

ская активность» в отличие от общепринятого характе­ ризует не процесс, а территорию, ее подверженность дей­ ствию физико-геологических процессов: тем выше геоди­ намическая активность территории, чем ниже степень ее

устойчивости.

Геодипамическая активность территории определяет­ ся в первую очередь распространением и интенсивностью

физико-геологических процессов. Поскольку переформи­ рование берегов зависит от инженерно-геологических

и других факторов (обусловленных указанными выше

процессами), степень геодинамической активности пред­

ставляет собой интегральное выражение совокупного их действия, определяя, в конечном счете устойчивость или

подверженность территории переработке.

Оценить геодинамическую активность территории можно с помощью системы оценочных баллов. Для это­

го инженерно-геологическая карта района водохранили­

ща, дополненная данными о факторах, влияющих на пе­

реформирование берегов, в том числе возникающих пос­

ле создания водохранилища, разбивается на участки по

морфологическим признакам (см. рис. 3-1); для каждого

из них по оценочной таблице (см. табл. 3-1) в баллах

определяется проявление характерных для ңих факторов.

85

Таблица 3-1

Основные факторы переформирования берегов горных водохранилищ и их оценка в баллах

86

Продолжение табл. 3-

87

Продолжение т а ó л. 3-І

3-2. ОЦЕНКА В БАЛЛАХ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ

Поскольку для создания строгой оценочной шкалы

еще не найдены достаточные количественные критерии проявления факторов, а ряд геологических и геоморфо­

логических факторов, таких как литология, неоднород­

ность структуры, тектоническая нарушенность и пр.,

практически не поддается количественной оценке, автор

предлагает производить оценку факторов переформиро­

вания в баллах условно. Значительную сложность пред­

ставляет и установление удельного веса каждого из фак-

88

торов во всей их совокупности по значимости фактора

для процесса переформирования берегов. Имея макси­

мальное и минимальное для данного фактора значения

балла, можно определить экстраполяцией число баллов для промежуточных позиций. На данной стадии решения вопроса принята единая для всех факторов четырехсту­

пенчатая система оценочных баллов (табл. 3-1).

Процесс переформирования берегов возникает и раз­ вивается под воздействием совокупности факторов. В табл. 3-1 приводится набор основных факторов пере­

формирования применительно к Джварскому водохра­ нилищу Ингурской ГЭС и оценка их в баллах. Таблица может быть использована и для других аналогичных

объектов с внесением в нее коррективов и дополнений

(или исключений) в соответствии с природно-эксплуата­ ционными условиями объекта.

В предложенной системе прогнозной оценки перефор­

мирования берегов учитывается влияние 24 факторов;

из них 18 составляют геолого-геоморфологические фак­ торы (группа А) и 6—гидрологические (группа Б). Ни­

же даются пояснения к табл. 3-1.

Геолого-геоформологические факторы (группа А)

являются преобладающими в процессе переформирова­

ния берегов, поскольку они обусловливают геодинамиче­ скую активность территории при воздействии гидрологи­

ческих факторов группы Б.

Группа À

Характер литологического разреза склона бор­ тов глубоких водохранилищ типа Джварского в зачительной мере определяет вероятность возникновения и масштабы оползне-обваль- пых явлений. В таблице приведены четыре основные позиции (про­ явления фактора) по признаку однородности строения толщи и оцен­ ка их в баллах. Остальные практически возможные вариации сочета­ ния литологических разновидностей можно отнести к одной из

позиций.

Тектоническая нарушен и ость рассматривается как фактор, способствующий деконсолидации массива пород и усугуб­ ляющий процесс переформирования берегов. Первая позиция, оце­ ниваемая в 1 балл, соответствует слабой степени тектонической дис­ лоцированное™ пород: пласты характеризуются выдержанностью элементов залегания (моноклинальные структуры); в ядрах складок в силу большей 'нарушенное™ пород вероятность возникновения гра­ витационных смещений при прочих равных условиях больше, поэто­ му данная позиция оценивается в 3 балла; максимальным баллом 4 оценивается приуроченность участков к разрывным тектоническим нарушениям, где степень деконсолидации пород наивысшая.

89

Ce йс м о а кти в'ло сть — фактор, количественный учет которо­ го носит условный характер. Используется существующая 12-балль­ ная система оценки сейсмичности с градациями, принятыми в прак­ тике оценки сейсмоопасности в горных районах. Данные о сейсмич­ ности района бепутся из технического проекта гидроузла.

Обводненность склона и роль ее в переформировании берегов горных водохранилищ проявляются в виде силового фак­ тора и фактора, изменяющего прочность пород, что способствует повышению интенсивности процесса переработки в целом. Количест­ венный учет этого фактора возможен косвенным путем с помощью учета общего дебита выходов подземных вод в пределах данного склона. В определении граничных условий HHTeHcnBHociH проявления фактора при выделении четырех оценочных позиций использован опыт изучения водопроявлепия в горноскладчатых областях Грузии.

Ориентация пластов пород относительно скло- н а может играть существенную роль в нарушении устойчивости береговых склонов. Например, на водохранилище Вайонт в Италии катастрофичность и грандиозные размеры оползня в значительной мере были предопределены согласным по отношению к склону паде­ нием пластов. В зависимости от направления падения пластов отно­ сительно берегового откоса даются четыре позиции и оценки в бал­ лах: наиболее опасная ориентация пластов в сторону водохранили­ ща (или реки)—4 балла, обратное падение в глубь склона — 1 балл, промежуточные условия залегания пластов (горизонтальное или близкое к вертикальному) — в 2 и 3 балла.

Крутизна падения пластов, кроме их, ориентации, влияет на устойчивость склона; по мере увеличения угла падения пластов возрастает опасность нарушения устойчивости склона; соот­ ветственно и данный фактор оценен по четырем позициям.

Выветривание пород. Количественная оценка этого фак­ тора производится с помощью коэффициента выветрелости пород по С. Д. Воронкевичу:

Кв = Bb—ɛn,

где ɛɪɪ и ε∏—коэффициенты пористости вывстрелой и невыветрелой разновидностей данной породы.

В табл. 3-1 приведены граничные значения Kb и соответствен­ ные оценки в баллах.

Трещиноватость пород-— фактор, сильно влияющий на устойчивость скальных массивов. Для количественного учета трещи­ новатости использован метод оценки трещиноватости с помощью ко­ эффициента трещинной пустотности Ктр. Приводимая в таблице оценочная градация фактора почти полностью соответствует клас­ сификации трещиноватости по Л. И. Нейштадт [Л. 37].

Pa зм Ын а е мость пород характеризует способность их сопротивляться волновому размыву. Количественным показателем размываемости пород является коэффициент размываемости Kp, ис­ пользуемый в прогнозах абразионной переработки берегов. Приво­ димые в таблице интервалы, значений Kp заимствованы у Е. Г. Ka-

чугина [Л. 21].

Пораженность склона оползневыми и обваль­ но-осыпными процессами выражается отношением площа­ ди, захваченной процессом, к общей площади участка в процентах. Считается, что степень пораженности склона гравитационными яв­ лениями в известной мере предопределяет ход процесса его пере­ формирования. При оценки этого фактора учитываются не только срв-

90

ременные действующие оползни, но и старые, временно стабилизо­ вавшиеся. Граничные условия фактора при выделении оценочных интервалов определены по данным инженерно-геологического изуче­ ния территории Джварского водохранилища.

Глубина захвата склона оползневыми процес­ сами в условиях горных водохранилищ в значительной мере оп­ ределяет масштабы возможного переформирования берега. Оценка этого фактора па ранней стадии прогноза .выполняется приближен­

В таблице оценки этого фактора в баллах соответствуют парамет­ рам оползней и обвалоів, выявленных на территории Джварского водохранилища.

процессам переформирования. Поскольку определение стадии раз­ вития таких склонов сопряжено с региональным изучением истории их формирования, в таблицу введена упрощенная трехступенчатая схема оценки фактора. В качестве критериев распознавания стадии развития склона используются морфологические элементы и другие поверхностные признаки.

Заиление водохранилища является одним из немно­ гих факторов, способствующих повышению устойчивости склонов. Оценочные позиции данного фактора пока не имеют количествен­ ного обоснования и даются условно по прогнозу сравнительной интенсивности накопления осадков па тех или иных участках водо­ хранилища, отдаленности последних от плотины и приуроченности, к ним источников .постоянного или временного поступления обло­ мочного материала (селевых и пр.).

Высота склона относительно уровня реки опре­ деляет масштабы оползне-обвальпых деформаций берегов. Как пра­ вило, наиболее крупные оползни и обвалы приурочены к высоким горным склонам. Приведенные в таблице граничне условия четырех позиций этого фактора и их оценка даны с учетом наблюдаемых в горных районах и, в частности, в районе Джварского водохранили­ ща, максимальных и минимальных высот склонов.

Общая крутизна склона определяется по углу наклона воображаемой прямой линии профиля склона в пределах выделенных границ оцениваемого участка берега. Оценочные ступени этого фак­ тора соответствуют принятой в практике градации крутизны гор­ ных склонов.

Характер поперечного профиля склона (вогнутый, плоский, выпуклый) в известной мере влияет на его устойчивость. Наиболее благоприятным с этой точки зрения считается вогнутый профиль (оценивается в 1 балл), менее благоприятным — плоский и неблагоприятным — выпуклый (4 балла).

Экспозиция склона обусловливает режим и интенсивность восприятия солнечного излучения и суточного перепада температур. Считается, что склоны, обращенные на восток и юго-восток, воспри­ нимают максимальные дозы солнечного излучения и пребывают под воздействием температурного режима с резко выраженными перепа­ дами между ночью и первой половиной дня; породы, их слагаю­ щие, подвергаются выветриванию повышенной активности, поэтому данная позиция оценивается максимально (4 балла). По такому же принципу даны оценочные баллы для остальных позиций.

91

Аккумулятивные террасы, располагаясь обычно в ниж­ ней части склонов, служат естественным контрфорсом, повышают общую устойчивость склона и противодействуют процессу перефор­ мирования. Исходя из этого дана оценка четырех вероятных пози­ ций этого фактора.

Группа Б

Группа Б включает факторы, возникающие с созданием водохранилища. Для всех факторов, кроме одного (тече­ ния в водохранилище), найдены количественные крите­

рии для оценки в баллах, получаемые в основном из дан­ ных проектной документации.

Степень затопления склона является главным гидро­ логическим фактором переформирования берегов горных водохрани­ лищ и определяется отношением высоты подпора при ЫПУ к об­ щей высоте склона. Чем больше степень затопления, т. е. чем ближе значение Ааат к единице, тем сильнее влияет данный фактор на переработку берегов. По этому принципу определены граничные условия позиций и даны их оценки в баллах. От степени затопления склонов зависят интенсивность проявления многих факторов группы А (абразия, оползни, выветривание и др.), а также масштабы отри­ цательного эффекта возможных крупных оползне-обвальпых сме­

определяет интенсивность таких факторов группы А, как выветри­ вание, суффозия, абразия, оползне-обвальные процессы и др.; осо­ бенно важное значение имеет диапазон колебаний уровня для вы­ ветривания и оползней. В таблице граничные значения этого факто­ ра по отдельным позициям взяты из проектных данных Джварского водохранилища, амплитуда колебаний уровня которого достигает 70 м.

Скорость колебаний уровня водохранилища является специфической для горных водохранилищ характеристикой. Она достигает, как показал опыт Ладжанурского водохранилища, нескольких метров в сутки. На нем большая скорость сработки вызвала оползание склонов. На водохранилище Вайонт катастро­ фическое движение оползня тоже было приурочено к спуску уровня со скоростью 0,7 M cyτκu. Чем выше скорость сработки уровня, тем больше вероятность возникновения и величина гидродинамического давления подземных вод в породах. По проекту Джварского водо: хранилища средняя скорость колебаний уровня не должна превы­ шать 1 M cyτκu. Судя по этому и данным режимных наблюдений на Ладжанурском водохранилище, определялись позиции данного фактора и оценки его в баллах при максимально возможной ско­ рости колебаний уровня 3 M cyτκu.

Ветровое волнение па водохранилище непосред­ ственно определяет интенсивность абразии берегов. На некоторых

склона приплотинной части Джварского водохранилища расчетная среднегодовая энергия волнения составляет несколько сотен тысяч

92

T0H∏0M6τp0B па погонный метр берега. В таблице граничные значе­ ния оценочных интервалов интенсивности данного фактора опреде­ лены по вероятным максимальным и минимальным значениям энер­ гии волнений на горных водохранилищах.

Течения® водохранилище как эрозионный фактор раз­ рушения склонов играют роль в основном в верховьях водохранили­ ща и боковых озрагов, т. е. в зонах переменного затопления между границами выклинивания подпора при НПУ и УС, часто измеряемы­ ми несколькими километрами; здесь периодически происходит раз­ мыв подошвы склонов при высоких скоростях течения. Оценочная градация данного фактора дана ,пока качественно.

Продолжительность ледяного покрова па водо­ хранилище ограничивает действие факторов абразии и поэтому рассматривается как положительный фактор. Его оценочные пози­ ции выбраны с учетом климатических условий горных районов юж­ ных широт, в частности Грузии.

3-3. ПРИЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ПРОГНОЗА

При прогнозе переработки берегов по данному мето­ ду для каждого из выделенных на карте участков рас­

считываются отдельно по группе А степень геодинами­ ческой активности и по группе Б степень проявления

гидрологических факторов, выраженные отношением

суммы соответствующих баллов проявления факторов па

данном участке к теоретически максимально возможной

сумме баллов факторов той же группы.

Рассмотрим расчет прогнозных оценок переформиро­

вания берегов на примере Джварского водохранилища. Берега этого водохранилища (рис. 3-1) разделены по геолого-геоморфологическим признакам на ряд участков.

Для участка / левого берега сумма баллов по группе А

равна 54 при максимально возможном их значении 72 (табл. 3-1). Таким образом, степень геодипамической активности участка / выражается показателем 0,75 (54:72). Аналогично по группе Б гидрологический пока­ затель равен 0,71 (17 : 24).

Последовательно для всех участков определяются эти

показатели и заносятся в табл. 3-2.

Степень геодинамической активности и степень про­

явления гидрологических факторов в совокупности явля­

ются показателями ожидаемой интенсивности .перефор­ мирования берегов. Нанесение этих показателей на карту берегов водохранилища в виде «индекса перефор­

мирования» (рис. 3-І) позволяет произвести сравнитель­ ную прогнозную оценку переформирования прибрежной

полосы и выделить на ней участки с высокой, умеренной

и малой геодипамической активностью для дальнейшего

93