книги из ГПНТБ / Финаров Д.П. Динамика берегов и котловин водохранилищ гидроэлектростанций СССР

В процессе эволюции ложа равнинных водохранилищ первоначальная пестрота грунтовых комплексов сменяется их однообразием. Наличие однооб­ разия грунтовых комплексов дна свидетельствует о завершении стадии пре­

обладания абразионно-аккумулятивных процессов в прибрежной зоне и пере­ ходе в последующую стадию.

Эволюция котловин рассматривается на примерах отдельных водохрани­ лищ, имеющих различный первичный рельеф и расположенных в различных зонально-провинциальных природных условиях (Рыбинское, Цимлянское, Чирюртское, Гергибельское, Мингечаурское и Кайраккумское).

Рыбинское водохранилище расположено в таежной зоне и занимает наи­ более пониженную часть Молого-Шекснинской низменности — чашу приледникового водоема [140]. Водохранилище вытянуто с северо-запада на юго-восток; наибольшая его длина (Рыбинек-Шексна) равна 206 км при максимальной ширине 56 км. Общая протяженность береговой линии 1650 км. Рыбинское водохранилище преимущественно мелководное. Средняя глубина водохрани­ лища равна 5,6 м и лишь в отдельных местах глубина достигает 30,5 м. Наиболее глубоководными являются речные заливы. Около !/4 площади во­

расами, а также водораздельными массивами. Молого-Шекснинская низина в целом слабо наклонена с северо-запада на юго-восток и со всех сторон

ограничена относительно высокими массивами, сложенными коренными по­ родами.

Берегами Рыбинского водохранилища являются древняя озерная терра­ са и пойма, сложенные аллювиальными и флюгиогляциальными толщами тонкозернистых пылеватых песков местами с прослоями и линзами коренных суглинков с включением валунов, гальки и гравия. На небольших участках главным образом в зонах выклинивания подпора на притоках урез водохра­ нилища подходит ко второй надпойменной террасе, сложенной средне- и мелкозернистыми песками с примесью гальки и гравия. На отдельных участ­ ках урез воды ограничивается коренным плато, сложенным моренными суг­ линками.^ Общая протяженность таких участков составляет 5—7% длины береговой линии водохранилища [140].

Рыбинское водохранилище наполнено до НПУ в 1947 г. и осуществляет полное годичное и частичное многолетнее регулирование. В годовом ходе уровня воды выделяются три периода. Наполнение водохранилища в весен­

гает 10—40 см в сутки. Максимальной отметки уровень достигает обычно в третьей декаде мая. Наполнение производится до наибольшей возможной отметки, которая в маловодные годы может быть ниже НПУ. Форсировка уровня в отдельные годы превышала 20 см.

В период летне-осеннего понижения уровня характер его хода' зависит от водности года. К началу зимы понижение уровня в разные годы колеб­ лется от. 0,2 до 1,7 м.

Зимняя сработка водохранилища происходит значительно интенсивнее летне-осенней и достигает в среднем 2,38 м.

На Рыбинском водохранилище в безледоставный период преобладают северо-западные и юго-западные ветры (62% общей повторяемости). Наи­ большую повторяемость имеют слабые ветры со скоростью от 3 до 8 м/сек. Сильные ветры со скоростью 20 м/сек и более наблюдаются редко и имеют повторяемость 0,34%.

Максимальная высота волны 1,1 м наблюдалась при ветре северовосточного направления 12 м/сек и разюне 20 км у п. Брейтово. Наиболь­ шую повторяемость имеют волны высотой от 0,4 до 1,0 м. Стоковые течения

наблюдаются в речных заливах и не отмечаются в центральной части во­ доема.

Слабая расчлененность и значительная облесенность водосборного бас­ сейна рек, впадающих в водохранилище, не способствуют формированию

Рис. 44. Типы берегов Рыбинского водохранилища

7-обвально-осыпные абразионные берега; 2—нейтральные; 3—аккумулятивные берега.

размываемых берегов водохранилища в 1949 г. была 139 км, а в 1965 г. до­ стигла 152 км или 9,2% длины береговой линии. Побережье Рыбинского во­ дохранилища отличается тем, что абразионные берега приурочены в основ­ ном к сужениям и заливам (рис. 44). В центральной озеровидной части водохранилища получили развитие низкие и плоские берега с пологими ук­ лонами (до 1—2°). Это обусловлено.тем, что водохранилище большей частью вписалось в очертания береговой линии древнего озера [140, 141].

116

На Рыбинском водохранилище выделяются обвально-осыпные абразион­

(д. Легково, Селихово-Юршино). Берега интенсивно размываются на участ­ ках Перемут — Слуды, Харламовское— Вауч, Дарвинский заповедник, Го­ родище и др. На участке Перемут линейная переработка за период эксплуа­ тации (до 1966 г.) достигла 110,3 ж (рис. 45, по А. Д. Колбутову).

Обвально-осыпные абразионные берега, сложенные валунными суглинка­ ми, обычно имеют крутой надводный откос (50—85°) высотой 3—16 ж.' Эти берега размываются замедленно с образованием ниш у подножья склона, последующим отседанием и обрушением берега по трещинам скола. Берего­

Денудационно-абразионные берега, сложенные юрскими и меловыми рыхлыми песчаниками и песками, перекрытыми валунными суглинками и пес­ ками, имеют высоту надводного откоса от 3 до. 18 ж и крутизну от 50 до 85е. Береговая отмель шириной от 25 jo 35 ж и уклоны от 3 до 7° и 8—10° в зоне наката. Переформирование берега происходит медленно: за 16 лет отступа­

с песчаными береговыми валами сформировалась большей частью в пределах террасы озерного происхождения.

На значительных участках низких песчаных берегов вдоль береговой линии сформировался прибрежный вал из выброшенного волнами торфа и древесных остатков. Мощность торфяного слоя 80—100 см, ширина вала от 2—3 ж до 20—30 ж. Прибрежный вал препятствует стоку паводковых вод, песчаный грунт заиливается, вследствие этого и подпора грунтовых вод с течением времени формируется низинное болото. На участках юго-восточного и восточного побережий ширина подобных болот не более 1—1,2 км, чаще встречаются болота шириной в 200—400 ж [142].

Влияние подпора водохранилища на грунтовые, воды • прослеживается на расстояние до 1,5 км от уреза водоема. В результате повышения уровня грунтовых вод древесная растительность угнетена: сосна, ель, береза посте­ пенно отмирают, в травянистом покрове преобладают осоки, сабельник, бе­ локрыльник. На низких суглинистых берегах в отличие от песчаных берего­ вой вал не сформировался, поэтому урез водохранилища крайне неустойчив. Сгонно-нагонные явления вызывают повышение уровня особенно значитель­ ные при западных ветрах (на 30—50 см), что приводит к затоплению обшир­

ной площади. В связи с этим ландшафты побережья находятся в неустой­ чивом увлажнении.

Твердый сток в водохранилище наблюдается в основном только в поло­ водье, когда .содержание взвеси в воде колеблется от 10 до 70 мг/л. Летом количество взвеси уменьшается, но во время летних штормов происходит кратковременное повышение мутности за счет взмучивания осевших наносов.

117

(

8 1 1

Рис. 45. Обвально-осыпной абразионный берег Рыбинского^водохранилища, сложенный песками (у д. Перемут)

/ —пески мелкозернистые пылеватые, озерно-аллювиальные.

ных торфяных, сплавин. Основную часть наносов (77%) составляют про­ дукты размыва берегов, взвешенные наносы впадающих рек — 16% и размыв

склон русла, они оказыва­ лись в зоне, где скорости течения недостаточны для их транспортировки, что

приводило к интенсивной аккумуляции осадков на склоне. При больших укло­ нах часть отложений под силой тяжести постепенно сползала к подножью склона. В связи с этим наиболее интенсивное осадкообразование наблюдается на склонах русла и у подножья склона.

Мощность накоплений на плесах распределяется следующим образом. На малых глубинах, где преобладающей формой гидродинамической актив­ ности является волнение, интенсивность накопления отложений, достигнув максимума на верхнем участке, уменьшается вниз по плесу до нуля. На боль­

ших глубинах, где подвижность водной массы определяется, главным обра­

часть главного плеса от линии Рожковский, мыс-—Центральный мыс, нахо­

119

Волжский плес (I) характеризуется наличием стоковых течений. На участке I—I отложения наносов имеют сезонный характер. Здесь при малых стоковых течениях взвеси оседают в виде тонкого наилка и смываются в пе­

вниз по течению. Максимальная мощность отложений по съемке 1965 г. наблюдалась на склонах русла, достигая 127 см. По мере расширения плеса мощность слоя отложений уменьшается. Так, на глубинах 10—14 м средняя мощность слоя отложений колеблется от 6 До 3 см, а на глубинах- 0—4 м накопления, как правило, не происходит.

Участок 1—3 отличается повышенным осадконакоплением в русловой части, вызванным тем, что при выходе в расширенную часть плеса проточ­

части начинаются с верхнего участка, где на глубинах более 14 м высота слоя достигает 45—65 см. Эю объясняется тем, что осевшие осадки из-за малой проточности, в наиболее глубоких его частях, не подвергаются в дальнейшем трансседиментации под воздействием стоковых течений.

На Главном плесе (IV) интенсивность накопления отложений в верхних горизонтах невелика. На центральных участках плеса на глубинах ниже 10 м располагается зона, на которую размывающее действие волнения не распространяется, поэтому здесь толщина слоя отложений резко увеличи­ вается, достигая на отдельных участках 70 см и более. Наиболее интенсивное накопление осадков происходит на участках с глубинами более 14 м. где мощность слоя к 1965 г. достигла 100—150 см (табл. 12).

Общий объем заиления Рыбинского водохранилища к 1965 г. составил 283 млн. мъ. По прогнозу за период эксплуатации в течение 25 лет объем заиления Рыбинского водохранилища должен был составить 35 млн. м'л. Прогноз по заилению не оправдался, так как при составлении его Рыбинское водохранилище анализировалось как русловое, где основным фактором заиления должен явиться твердый сток рек и переформирование берегов. Рыбинским водохранилищем, кроме русел рек, затоплены значительные про­ странства долин и водоразделов, пониженных водораздельных равнин, что наложило свой отпечаток на процессы заиления водохранилища.

Цимлянское водохранилище, созданное на р. Дону, расположено в степ­ ной зоне и имеет протяженность около 360 км при ширине 38 км. Максималь­ ная глубина водохранилища достигает 35 м, а средняя при НПУ равна

8,8 м.

Цимлянское водохранилище С. Л. Вендров .[29, 43] разделяет на четыре гидродинамические зоны. По морфологическим особенностям П. П. Кокоулин

[145]выделяет четыре основные участка:

1)Калачский верховой участок (от устья р. Иловли до г. Калач-на-Дону);

3)Центральный участок (от с. Суворовского до хут. Кривского) также является озеровидным плесом;

4)Приплотинный участок отличается большой шириной и наибольшими глубинами, достигающими 15 м и более.

Котловина Цимлянского водохранилища образована поймой, первой и второй надпойменными террасами, а также коренными. склонами долины р. Дона. Берега водохранилища сложены различными по составу и возрасту породами от верхнемеловых полускальных мергелей и алевролитов до четвер­ тичных лессовидных суглинков, супесей, песков и галечников. В верховьях во-

1 2 0

121

122

Продолжение

дохранилища берега сложены более древними породами (мергелями, глина­ ми и алевролитами верхнего мела). Верхнемеловые мергели, алевролиты и пес­ чаники, перекрытые палеогеновыми песками, песчаниками и глинами, шагают крутые и высокие берега в средней зоне водохранилища (у устья рр. .Чир и Аксенец и др.).

На значительном участке в пределах междуречья р. Аксенец и Цимла берег низкий (5—10 м) и плоский, сложенный четвертичными песками (Цим­ лянский песчаный массив).

В приплотинной зоне правый берег крутой, слаботеррасированный, высо­ той от 10 до 50 м над НПУ сложен палеогеновыми алевролитами, глинами и мергелями, неогеновыми песками, песчаниками, известняками и глинами, а также лессовидными суглинками четвертичного возраста.

Восточный левый берег водохранилища■в верховой, средней и частично низовой зоне образован низкими террасированными склонами, сложенными четвертичными лессовидными суглинками и супесями. В районе бухты Жуков­ ской юго-восточный берег низовой зоны, высокий (от 10 до 3 0 '-и) и обры­ вистый, сложен палеогеновыми алевролитами и неогеновыми плотными глина­ ми, переслаивающимися с песками. Унаследованные от долины р. Дона осо­ бенности рельефа проявляются в очертаниях береговой линии. Выделяется озеровидное расширение в приплотинной части у слияния р. Дона с р. Цимлой. Другое озеровидное расширение образовалось в месте слияния р. Дона с реками Аксенец и Солоной. При устье р. Чир также выделяется озеровидное расширение. По мнению А. Д. Колбутова (57], широкое распространение древ­ них озерных террас не было учтено при проектировании НПУ, что существен­ но сказалось на увеличении протяженности интенсивно размываемых берегов.

Цимлянское водохранилище предназначено для многолетнего регулирова­ ния стока. Для годового хода уровней водохранилища характерен крутой

123

подъем в марте, апреле и мае и постепенное снижение уровня в летнии и осен­

маловодными, и водохранилище до НПУ не наполнялось. Форсировка уровня (до 0,85 м) была в многоводные годы и продолжалась до 2—2,5 месяцев. Амплитуда колебаний уровней за время эксплуатации составляет 7,5—7,8 м. Навигационная сработка уровня воды составляет 3—4 м.

На Цимлянском водохранилище весной и летом преобладают западные ветры, осенью и весной — восточные.

Сгоны и нагоны наибольшего развития (40—45 см) достигают при юж­ ных. юго-восточных, северных и северо-восточных ветрах. Штормовые ветры осенью приводят к развитию значительных волн, достигающих при ВСВ ветре со скоростью 13,6 м/сек высоты 3,9 м.

Ландшафтные, .геоморфологические и гидрометеорологические особенности Цимлянского водохранилища создают условия для активных процессов абра­ зии берегов, продукты переработки которых играют основную роль в заиле­

Цимлянского водохранилища составляет около 430 км или 65% от всего пе­ риметра этих зон. С. Л. Вендров [48] установил, что длина берегов Цимлян­ ского водохранилища за первые 5 лет эксплуатации (1952—1956 гг.) со­ кратилась на 16%. а в последующие 5 лег (1957—1961 гг.) еще на 8% от пер­ воначальной длины. При этом доля размываемых берегов в пределах низовой зоны Цимлянского водохранилища за первые 10 лет увеличилась в два раза и составляет около 60% общей длины береговой линии этой зоны.

Переформирование берегов проявилось с первых лет существования водо­ хранилища. При наполнении водохранилища в 1952 г. на многих участках об­ разовался новый откос высотой от 2,5 до 13,5 м и абразионная отмель шири­ ной 12—35 м. Бровка берега отступила за первый год на 22—40 м.

В -первые годы нормальной эксплуатации Цимлянского водохранилища сформировались ступенчатые отмели, которые имели существенные различия между минимальными и средними уклонами. Средние уклоны аккумулятивных отмелей составляли в 1953 и 1955 гг. 3—4°, а минимальные 2°30'—3°. Абрази­ онные отмели, сложенные суглинками, имели средние уклоны 2°30'—3° и мини­ мальные 1°2О7—2°. За время эксплуатации Цимлянского водохранилища про­ изошло значительное выполаскивание уклонов отмелей. По данным Цимлян­ ской TMQ (1967 г.) средние уклоны у абразионных отмелей изменяются от 1°!0' до 3° и минимальные 0°20'—1°10'. Уклоны отличаются значительными ко­ лебаниями их величин (табл. 13).

В многоводные годы (1957, 1958, 1963, 1964 гг.), когда уровень воды снова поднимался до высоких отметок, происходил интенсивный подмыв и обруше­ ние надводного откоса, а также расширение отмели и выхолаживание ее мно­ гоступенчатого профиля. Постепенное повторяющееся из года в год снижение уровня до начала многоводных сезонов растягивает процесс переформирования берега и формирования устойчивой отмели. Значительная форсировка уровня (до 0,8 м) в многоводные годы вызывает усиление процесса переработки бере­ гов, которая достигает первоначальных величин. Значительные колебания уровня в безледоставный период приводят к расширению зоны волнового воз­ действия. Эта зона изменяется от 6 до 8 ж, в пределах которой происходит формирование отмелей, пересыпей, кос и других аккумулятивных форм [84].

124