книги из ГПНТБ / Формирование берегов Красноярского водохранилища

Т а б л и ц а 19

Характеристика стокового течения на Красноярском водо­ хранилище в 1968 г.

максимальной скорости течения в поверхностном слое, что свя­ зано с малой площадью живого сечения и большой шерохова­ тостью затопленной поймы в условиях мелководья.

В период заполнения, при повышении уровня, увеличении глубин и возрастании площадей живого сечения, скорость тече­ ния резко уменьшается. При этом одновременно с общим ослаб­ лением стокового течения в поверхностных слоях под действием ветра возникает система ветровых течений и устойчивое течение с направлением к плотине фиксируется обычно в более глубоких горизонтах.

Рассматривая изменения скоростного режима водохранилища в 1968 г., необходимо отметить наличие на некоторых участках водохранилища завихрений. Об этом свидетельствуют результаты наблюдений в Щетинкинском озеровидном плесе 19—20 июля

43

1968 г. Наблюдениями в районе нос. Приморска 19 июля было зафиксировано под левым берегом водохранилища устойчивое течение в 0,05—0,10 м/с с направлением, противоположным ос­ новному стоковому течению, скорость которого в русловой зоне достигала 0,11 —0,18 м/с. Смена направления течения на обратное в данном районе отмечалась также и в первый год заполнения, но выражено это было не столь четко, как в июле 1968 г., когда обратное течение фиксировалось на всех трех измеренных попе­ речных разрезах. Это позволяет говорить о наличии на данном участке водохранилища помимо основного потока с направлением к плотине, захватывающего почти всю ширину водохранилища, также об устойчивом, но менее мощном обратном потоке на левой пойме (рис. 13).

Съемка в данном случае проводилась при маловетреной по­ годе, наибольшая скорость ветра не превышала 1,5 м/с. Возникно­ вение завихрения на этом участке водохранилища можно объяс­ нить его морфометрией, поскольку ширина в месте измерений резко возросла с 5 км на первом профиле до 10—12 км на последующих. В этом отношении интересен также участок в районе впадения р. Езагаш, т. е. в месте перехода от широкого озеровидного плеса в узкий приплотинный участок. Из-за погодных условий наблю­ дения в данном районе были выполнены 20 июля только на 5 стан­ циях, результаты которых, тем не менее, дают представление о динамике водной массы в этом районе. Как показывают резуль­ таты наблюдений, на левой пойме в этом случае наблюдалось мощ­ ное обратное течение, скорость которого достигала 0,28—0,32 м/с. Такая высокая скорость течения была обусловлена ветровыми условиями, так как 19 июля 1968 г. в 21 ч над плесом наблюдался сильный ветер, скорость которого при порывах можно оценить ориентировочно в 15—20 м/с с продолжительностью в 15—20 мин. В момент измерений 20 июля сохранялся устойчивый ветер в сто­ рону плотины от 3—4 до 5—6 м/с с высотой волны 0,5—0,6 м. Эти обстоятельства привели к значительному усилению суммар­ ного течения, которое было направлено в русловой зоне в сторону плотины. Достаточно сказать, что скорость его в поверхностных слоях составляла 0,30—0,40 м/с, а во всей толще была не менее

0,18-0,20 м/с.

Возникновение мощного обратного потока в районе измерений можно объяснить резким сужением водохранилища в 3—4 раза по сравнению с озеровидным плесом и соответственным уменьше­ нием площади живого сечения, благодаря чему в узкость попадает только часть поступающей воды, а другая часть уносится обратным потоком, который в данном случае прослеживается под левым берегом (см. рис. 13).

Проведенные в 1968 г. исследования показывают, что влияние ветровых условий на режим течений очень значительно и наиболее сильно проявляется в самом глубоком Щетинкипском озеровйдном плессе. При ветре 6—9 м/с скорость течения в поверхностных

44

о Вознесенка

Рис. 13. Схема течений в Щетинкинском озеровидном плесе

19—20 июля 1968 г.

1 — направление потоков; 2 — течение у поверхности; з —скорость на глубине 0,5Н; 4 — то же, у дна.

слоях достигает здесь 0,4—0,5 м/с, а глубина проникновения в конце августа — начале сентября составляет 25—30 м и больше и ограничивается обычно глубиной погружения слоя скачка (Савкин, Подлипский, 1969). Интересно, что в первый год запол­ нения отмечались случаи, когда при таких же ветровых условиях толщина слоя с ветровым течением достигала 50 м (Подлипский,

45

тогда как в последующие годы заполнения проникновению вет­ рового течения на большую глубину препятствовало наличие устойчивого слоя скачка. Для Братского водохранилища глубина проникновения ветровых течений в летний период также выра­ жается несколькими десятками метров (Кулиш, 1972).

Таким образом, большая мощность слоя, охватываемого вет­ ровыми течениями, характерна для глубоководных водохранилищ. Как показывают результаты наблюдений на Красноярском водо­ хранилище, стоковое течение в таких случаях прижато ко дну и часто за счет этого скорость его возрастает. Ветровой коэффи­ циент на поверхности, по наблюдениям в 1968 г., достигал 4— 7%, т. е. был таким же, как и в озеровидных водоемах (Богослов­ ский, 1960). Для равнинных европейских водохранилищ, в связи с меньшими глубинами, ветровой коэффициент меньше и редко превышает 2—4% (Чигиринский, 1962; Литвинов, 1968; и др.). Если сравнить первые два года наполнения, то усматривается тенденция к увеличению ветрового коэффициента на более поздней стадии наполнения. Например, 10 июля 1967 г. в ГЦетинкинском озеровидном плесе при северном ветре 3,5 м/с ветровой коэффи­ циент был равен 4,3%. В этом районе 22 сентября 1968 г., при

Рассматривая изменения скоростного режима водохранилища вследствие подъема уровня, необходимо остановиться на резуль­ татах наблюдений, выполненных в районе пос. Новоселово. На этом участке водохранилища в первый год заполнения было отмечено раздваивание транзитного потока на затопленной пойме, причем по съемке 23—26 июня 1967 г. основной поток у замыка­ ющего створа был сосредоточен в русловой зоне под правым бе­ регом. По наблюдениям 4 августа 1968 г., после подъема уровня на 11,5 м в распределении течения на плесе произошли сущест­ венные изменения, которые четко выразились у замыкающего створа. У входного створа, как и ранее, основной транзитный поток прослеживался под левым берегом над затопленным руслом. У замыкающего створа в этот момент наибольшая скорость тече­ ния, достигающая 0,06—0,08 м/с, фиксировалась на затопленной левой пойме, тогда как в русловой зоне она не превышала 0,04— 0,05 м/с. Таким образом, при увеличении глубин на плесе произо­ шло полное перераспределение транзитного потока по ширине водохранилища (рис. 14). Съемка была выполнена при штилевой погоде.

При измерении в ветреную погоду распределение скоростей течения значительно усложняется, о чем можно судить по резуль­ татам наблюдений на этом же участке водохранилища 22 августа 1968 г. Дню наблюдений предшествовал период сильных ветров. Так, с 17 по 21 августа, по записям М-12, на Новоселовском ста­ ционаре СибНИИЭ скорость ветра равнялась 7—10 м/с, дости-

46

Расстояние от правого берега км

гая временами 12 м/с. Благодаря длительному действию ветра вся водная масса на плесе находилась в динамике. Несмотря па то, что в течение суток до наблюдений ветер не превышал 2—3 м/с, на водохранилище присутствовало ясно выраженное дрейфовое течение, которое можно охарактеризовать как оста­ точное ветровое. Глубина проникновения его определялась 10— 15 м, а скорость была 12—14 см/с. Ниже по вертикали наблюда­ лось течение к плотине. У замыкающего створа под правым бе­ регом в русле оно имело скорость 0,08—0,10 м/с и в районе тратИ зитного потока на левой пойме — 0,10—0,12 м/с. В данном случае течение было в 2—3 раза сильнее, чем в штилевую погоду и было вызвано влиянием компенсационного течения, которое по направ­ лению совпадало с основным.

Изменение скоростного режима на водохранилищах носит сезонный характер: в весенний период течение в несколько раз сильнее, чем в летне-осенние и зимние месяцы (Буторин, 1969; Чигиринский, 1962; Ярославцев, 1968; и др.). Это положение сох­ раняется в глубоководных водохранилищах в период наполнения.

47

Скорость течения в момент интенсивного весеннего наполнения при большой приточности па более поздней стадии заполнения может быть гораздо сильнее, чем она наблюдалась на дан­ ном участке водохранилища в предыдущем году при более низком положении уровня, но меньшей приточности. Так, по съемке 20 июня 1969 г., когда в водохранилище поступало более 8000 м3/с воды, скорость течения в верхней части водохранилища была значительно сильнее, чем осенью 1968 г. В районе пос. Раз­ лив, находившегося в момент съемки примерно в 110 км от выкли­ нивания подпора, средняя скорость течения равнялась 0,355 м/с, у пос. Новоселово она составляла 0,141 м/с. В 1968 г. при уровне на 13 м ниже и приточности около 3000 м3/с скорость течения на этом участке не превышала 0,08—0,10 м/с. С удалением от вы­ клинивания подпора течение ослабевает. В районе пос. Приморска 20 июня 1969 г. средняя скорость течения равнялась 0,076 м/с, тогда как осенью 1968 г. она была 0,10—0,11 м/с. Ниже по водо­ хранилищу от пос. Вознесенки и до плотины течение опять уси­ ливалось, что связано с режимом работы ГЭС. Для Краснояр­ ского водохранилища в 1969 г. при подъеме уровня над бытовым на 85—90 м и сбросах в 4000—6000 м3/с влияние ГЭС прослежи­ валось на расстоянии около 70 км от плотины.

Таким образом, усиление течения на более поздней стадии наполнения при увеличении притока сохраняется только для верх­ ней части водохранилища и происходит это за счет увеличения протяженности участка переменного подпора. На значительном удалении от выклинивания подпора, где влияние приточности значительно ослабевает, хотя и не исключается полностью, ос­ новным фактором, обусловливающим изменение скорости течения, остается объем водохранилища и общая проточность. При увели­ чении объема и уменьшении проточности течение ослабевает. Так, уменьшение притока в третьей декаде июня 1969 г. до 6500 м3/с обусловило резкое ослабление течения на водохранилище.

Если во второй декаде июня течение прослеживалось по всей глубине, то в конце этого месяца на некоторых участках водохра­ нилища в отдельных слоях оно совсем не улавливалось. Так, у пос. Разлив 28 июня 1969 г. течение стало вдвое слабее, чем оно было 8 дней назад. У пос. Енисей оно также уменьшилось вдвое и наблюдалось только в слое 10—30 см при общей глубине 48 м.

несенки, по измерениям 30 июня 1969 г., течение улавливалось только с глубины 40 м и прослеживалось до дна.

По результатам измерений в августе — сентябре 1969 г., течение после увеличения объема водохранилища и одновременного уменьшения притока и сбросов еще более ослабло. Это заметно как по уменьшению скорости течения, так и по уменьшению тол­ щины слоя с устойчивым направлением к плотине. Так, 20 июня 1969 г. мощность такого слоя у пос. Вознесенки равнялась 45 м

48

при общей глубине 65 м. В этом же районе 8 августа 1969 г. сто­ ковым течением был охвачен 10—15-метровый придонный слой при общей глубине в 79 м. Наибольшая скорость течения в том и другом случае равнялась 0,22 м/с и наблюдалась у дна. В сен­ тябре 1969 г., когда подъем уровня над бытовым составил почти 93 м, а объем водохранилища увеличился до 80% от проектного, мощность слоя, охваченного стоковым течением, на значительном протяжении водохранилища от пос. Разлив до пос. Приморска (более 100 км) составляла всего несколько метров у дна, тогда как в остальной толще течение было слабее чувствительности приборов. Наибольшая скорость течения в этот период не превышала 0,06— 0,10 м/с. В верхней части водохранилища, а также у плотины те­ чение усиливалось и прослеживалось на всей глубине. Наиболь­ шая скорость течения на этих участках водохранилища наблю­ далась в поверхностных и срединных слоях, а на остальном про­ тяжении водохранилища — у дна (табл. 20).

При увеличении объема и глубины течение становится все более неустойчивым. Для условий Красноярского водохранилища это особенно характерным стало в последний год заполнения при уровне, близком к проектному. Течение в этот период прослежи­ валось на всех станциях. Но в отличие от первых лет заполнения, когда на большинстве участков оно сохраняло направление к пло­ тине, в 1970 г. такой устойчивости не наблюдалось. Так как на­ правление течения на разных горизонтах изменялось, то можно предположить о наличии нескольких систем течений. При этом наряду с районами, где течение было слабым и на большинстве горизонтов имеющимися приборами не улавливалось, имелись также участки, где скорость течения достигала 0,2—0,3 м/с. Такую высокую скорость на отдельных участках можно объяс­ нить наличием ветровых течений, так как на ряде станций в мо­ мент наблюдений скорость ветра достигала 5—7 м/с.

Как показывают материалы наблюдений за 1970 г., течение на большей части водохранилища в летне-осенний период при на­ полнении до полного объема имеет очень сложный характер (рис. 15). В данном примере устойчивое направление по глубине сохраняется только на участке переменного подпора у пос. Мохово, а в остальных случаях ветровое течение преобладает. Тем не менее при маловетреной погоде стоковое течение, благодаря наличию постоянной проточности, прослеживается по всей длине водохранилища. Наиболее хорошо оно выражено в верховье и приплотинном районе. Более высокая скорость течения сохра­ няется также в узких Бузуновском и Баллыкском районах.

Рассматривая распределение скорости течения по ширине водохранилища при более высоком положении уровня, необхо­ димо отметить, что по сравнению с начальной стадией заполнения произошли заметные изменения, причем для разных участков в неодинаковой степени. В нижней части водохранилища, где уже в первый год наполнения наблюдались большие глубины

Рис. 15. Скорость и направление течения в Красноярском водо­ хранилище в 1970 г.

а — Мохово, 11 августа; б — Батсни, 3 августа; е—Усть-Ерба, 12 августа; г — Куртак, 15 августа; д — Приморск, 16 августа.

(30—60 м), эти изменения не так значительны. Местоположение основного потока здесь в общем не изменилось. Произошло не­ которое спрямление его в районах поселков Куртак, Приморск, Вознесенка.

Отмеченные в 1968 г. завихрения в Щетинкинском озеровидном плесе у пос. Даурское и в районе впадения р. Езагаш сохранились

и отмечались в 1969—1970 гг. постоянно. Наибольшие изменения

враспределении скорости течения произошли на участке водохра­ нилища от пос. Новоселове до пос. Усть-Ерба, где в 1967 г. на­ ходился участок переменного подпора. В районе пос. Новоселово

перераспределение основного транзитного потока из русловой зоны под правым берегом на затопленную левобережную пойму произошло в 1968 г. Такое же явление было отмечено у пос. Раз­ лив с 1969 г., когда максимальная скорость стала фиксироваться на затопленной левобережной пойме, тогда как в 1967—1968 гг. она сохранялась над руслом под правым берегом и выходу тран­ зитного потока на пойму препятствовали малые глубины и за­ топленная растительность. При этом в районе пос. Разлив под правым берегом в районе затопленного русла прослеживалось течение с направлением, противоположным основному. Смена

Т а б л и ц а 21 Характеристика течения на водохранилище у пос. Мохово 30 августа 1970 г.

совпадающих по направлению с основным течением (рис. 16). Съемка выполнена при ветре 5,8 м/с, но до момента наблюдений

он был сильнее.

Выход основного потока на пойму отмечен нами также в УстьАбаканском озеровидном плесе в районе пос. Мохово. Здесь, в отличие от рассмотренных участков, по ширине сохраняются два потока со скоростями, близкими по величине. Это подтвержда­ ется как съемками прозрачности, так и измерением скорости течения на поперечных разрезах (табл. 21). В данном случае более сильное течение прослеживается по левой пойме ниже резкого поворота русла (вертикаль 1), а также ближе к правому берегу в русловой зоне и на правой пойме. На середине водохранилища между этими двумя потоками течения нет совсем (вертикаль 3), что связано с обширным массивом затопленного здесь леса. Та­ ким образом, выход потока на пойму произошел уже при глубине 6,5 м, но для полного перераспределения его на левую пойму глубина недостаточная и, как показывают наблюдения в 1971 г., подобное распределение скорости течения сохраняется в дальней­ шем постоянно.

Выполненные исследования позволили составить схему тече­ ний на водохранилище для конечной стадии заполнения (рис. 17). Схема составлена по результатам измерений при положении уров­ ня, близком к нормальному. Это дает основание полагать, что при эксплуатационном режиме схема течений в водохранилище не дол­ жна сильно отличаться от представленной.

Сравнивая результаты исследований, полученные для разных стадий заполнения водохранилища, следует отметить, что наи-

52