10903

непосредственно (без обратного фильтра) укладывается на грунт в виде слоя крепления откоса или незатопляемого каменного банкета, являющегося волногасящим барьером. Это еще более удешевляет защиту берега. Конструктивная особенность сооружений из горной массы состоит в том, что свои окончательные размеры и проектные характеристики они приобретают не после завершения строительства, а в процессе эксплуатации при длительном воздействии на них волн [370].

Аккуратный откос из гранитного камня никак не ухудшает внешний вид набережной г. Костромы на Горьковском водохранилище (рис. 25.24).

На Куйбышевском водохранилище отсыпкой несортированного местного камня укреплен участок берега у д. Криуши в Чувашии, когда в опасной зоне оказались 18 жилых домов (рис. 25.25). Подобные отсыпки позволяют в экстренном порядке защитить размываемые участки берегов водохранилищ, но известняковый камень не лучший материал для берегоукреплений. Крепление каменной наброской в зоне волнового воздействия применяется на берегах водохранилищ и каналов Волго-Балтийского водного пути при его современной реконструкции (рис. 25.26); уположенные надводные откосы берегов засеваются травой, приобретая природоприближенный вид.

В практике пассивной берегозащиты опробовались разных видов конструкции из автопокрышек, выработавших ресурс. Пример подобного крепления абразионного берега Пензенского водохранилища на р. Суре представлен на рис. 25.27.

Бывает, что в поселениях, выходящих к воде, зажиточные граждане сами устраивают берегоукрепления подручными средствами (рис. 25.28).

На старых водных объектах России можно еще видеть деревянные берегоукрепления, сохранившиеся без реконструкции с исторических времен

(рис. 25.29).

Берегозащита активного типа. Зная естественный ход процесса разрушения берегов водохранилищ, можно при проектировании береговых защит учитывать его особенности и приближать проекты защит к местной природной обстановке. В этом случае удается достигнуть необходимой надежности сооружений и избежать затрат на создание излишнего запаса их прочности [286]. Берегоукрепления, выполняемые согласно описанному принципу, называют природоприближенными [541]. Таковыми можно считать все берегозащитные сооружения активного типа.

Одной из аккумулятивных форм рельефа береговой зоны, образующейся под воздействием волн и течений, являются пляжи. Эта форма рельефа весьма изменчива во времени и пространстве. В результате длительного

260

Рис. 25.24. Отсыпка гранитного камня на откосе набережной р. Волги в г. Костроме. 2008 г.

Рис. 25.25. Берегоукрепление из горной массы известняка на Куйбышевском водохранилище у д. Криуши. 2001 г. [501]

Рис. 25.26. Крепление берега Новинкинского водохранилища наброской дикого камня при реконструкции Волго-Балтийского водного пути. 2011 г.

261

Рис. 25.27. Неэстетичное и небезопасное для людей, но небезуспешное крепление автопокрышками берега Пензенского водохранилища

на р. Суре. 2010 г.

Рис. 25.28. Деревня Наговицино на берегу Горьковского водохранилища с самопальным укреплением у дома над обрывом. 2009 г.

Рис. 25.29. Деревянное шпунтовое крепление берега канала на Северо-Двинском водном пути. 2011 г.

262

воздействия на пляж ветровых волн создается его поверхность, соответствующая профилю динамического равновесия. Такой пляж является идеальным гасителем энергии волн. В связи с этим практикуется использование искусственно создаваемых пляжей как самостоятельных деформируемых берегозащитных сооружений на морях, а также на водохранилищах. Материал, из которого формируется пляж, доставляется на берег посуху, либо способом гидромеханизации. Опыт показал, что устройство свободных искусственных пляжей позволяет снизить стоимость берегозащитных мероприятий [570] и особенно выгодно, когда увязывается с дноуглубительными или вскрышными работами [286].

Один из первых в нашей стране искусственный пляж как берегоукрепительное сооружение был намыт в Бердском заливе Новосибирского водохранилища близ Академгородка в 1959 – 1962 гг. Он имел вид прибрежной отмели протяженностью 3 км, шириной от 150 до 200 м. Уклон пляжа по аналогии с отмелями Цимлянского и Рыбинского водохранилищ был принят 1:30 (примерно 2°). В пляж ушло 4,7 млн м3 мелкозернистого песка. К 1965 г. было отмечено выполаживание профиля пляжа. Штормовыми волнами, достигавшими здесь высоты 2,8 м, был смыт слой песка в 10 – 30 см, который переместился ближе к месту свала отмели. Надводная часть пляжа за это время не претерпела изменений (рис. 25.30) [286; 510]. После 25 лет эксплуатации пляжа его уклон увеличился и возобновился размыв надводного берегового уступа. В 1986 – 1988 гг. пляж был реконструирован: в прибрежную зону отсыпали рыхлый материал в объеме 190 – 360 м3 на каждый погонный метр береговой линии. Таким же путем за 1990-е гг. на Новосибирском водохранилище было образовано около 8 км пляжей [681]. Регулярное питание береговой зоны крупнозернистым материалом позволяет решить проблему защиты берега от волнового размыва. Но, если на подлежащем защите участке существует мощный вдольбереговой поток наносов, то такое питание может оказаться нерентабельным.

Для активной защиты пологих берегов водохранилищ, вдоль которых наблюдается интенсивное движение волнового потока наносов, применяются буны. Эффективно работают сквозные буны, например, в виде стенок из свай, забитых с зазорами, составляющими от 20 до 50 % площади стенки [681], также и сплошные буны (рис. 25.31). Успех работы бун зависит от правильного выбора их длины и расстояния между ними. На практике расстояние между бунами колеблется от одной до трех длин буны [510; 570].

Другой способ регулирования литодинамических процессов в береговой зоне – локальное снижение волновых нагрузок на берега. Для этого с целью получения опыта применялись прерывистые каменнонабросные волноломы [681; 683]. В волновой тени такого волнолома в первые два-три

263

Рис. 25.30. Искусственный песчаный пляж на берегу Новосибирского водохранилища в районе Новосибирского научного центра РАН:

а – в начале эксплуатации, 1964 г. [510]; б – после реконструкции, 1988 г. [681]

Рис. 25.31. Сплошные буны на левом берегу Горьковского водохранилища у д. Большой Суходол (проект ННГАСУ)

264

Таблица 25.5 Рекомендуемые разработчиками условия применения современных видов

береговых креплений

Рис. 25.32. Зависимость крупности материала каменного крепления d от коэффициента откоса m и высоты волны h [396; 510]

265

Рис. 25.33. График для определения заложения m волноустойчивого откоса из различных грунтов:

1 – глина; 2 – лесс; 3 – суглинок; 4 – мелкий песок; 5 – средний песок; 6 – суглинок со щебнем и валуном; 7 – крупный песок; 8 – гравий; 9 – галька;

– угол откоса; m – заложение откоса; h – высота волны [515]

Рис. 25.34. График зависимости процента гашения высоты волны от ширины защитной полосы кустарника и его густоты [193]

266

года эксплуатации прекращается размыв берега и образуется пляж. Очевидно, что буны и волноломы не украшают береговую зону водохранилищ.

В ряде случаев для замедления размыва берегов использовалась кустарниковая растительность. Ее эффективная роль фиксировалась на пологих берегах Рыбинского, Горьковского, Цимлянского и других водохранилищ. Густые кустарниковые заросли разрушают волны, ослабляют вдольбереговые течения и скрепляют склон корнями. Для многих мест почти полное гашение волн получалось при 7 – 15 рядах лозовых культур. Создание биологической защиты является не строительными работами, а агротехническим мероприятием, которое, в отличие от инженерных сооружений, дешево. Посадки растительности обогащают ландшафт побережья и не являются здесь чужеродным телом, а сами прибрежные заросли улучшают качество воды, почв и воздуха. Однако кустарниковая растительность как защитное средство эффективна лишь при небольшой амплитуде колебания уровня воды и воздействии волн высотой не более 1,3 м [193; 286; 370].

Условия применения берегозащиты. Ориентировочные рекоменда-

ции: табл. 25.5 – допустимые гидрологические параметры для укрепления грунтовых откосов крутизной до 1:1,5 с использованием современных конструкций;

рис. 25.32 – опытный график зависимости крупности каменного материала от крутизны укрепляемого откоса и высоты волны, использовавшийся на практике в 1960-е гг. [396; 510];

рис. 25.33 – график для назначения заложения волноустойчивого (пляжного) откоса, построенный по натурным данным в 1960-х гг. [515]; для этого же расчетные методы [370; 570];

рис. 25.34 – график оценки волнозащитной эффективности кустарниковой растительности в береговой зоне водохранилищ [193].

25.4.Возможности инженерной защиты на водохранилищах в области вечной мерзлоты

Вопросам инженерной защиты территорий при создании водохранилищ на севере в нашей стране уделялось немного внимания. Но, например, на севере Канады первая очередь гидроузла Ла-Гранде включала три ГЭС и 58 оградительных дамб с объемом уложенного в них грунта 119 млн м3 при объеме плотин 5,2 млн м3 [98]. С ростом требований к сохранению

267

уникальной природы криолитозоны России инженерные мероприятия на водохранилищах, приводящие к уменьшению землеемкости ГЭС (табл. 25.6), возможно, приобретут актуальность.

Т а б л и ц а 25.6

Показатели землеемкости водохранилищ гидроэлектростанций в области вечной мерзлоты

*Вместе с Хантайским озером.

Процессам в береговой полосе северных водохранилищ присущи особенности, проистекающие от наличия вечной мерзлоты. Затопление пологих низин приводит к тепловой осадке поверхности и расползанию мелководий. На территориях, временно затапливаемых половодьями, развивается термокарст, проявляясь в виде провальных форм рельефа. Прилегающие к водохранилищам земли подтапливаются по сезонноталлому слою. Берега водохранилищ, сложенные нескальными льдистыми породами, подвергаются термоабразии. Специфическое поведение береговых территорий индивидуализирует подходы к осуществлению инженерной защиты. При этом выполнение всех без исключения инженерных мероприятий связано с учетом либо регулированием температурного режима в основании, берегах и сооружениях, обеспечивающих эффективность этих мероприятий.

Ограничимся двумя примерами [587].

Участки берегов особого хозяйственного или социального значения водохранилищ криолитозоны могут требовать тяжелых видов защиты из бетона, стали, дерева, камня. Наиболее отвечающим условиям эксплуатации капитальным креплением льдистых берегов показали себя вертикальные стенки – шпунтовые и гравитационные. Такие стенки различной конструкции существуют в качестве причалов (набережных) во многих северных

268

Рис. 25.35. Деревянная ряжевая причальная набережная Якутского порта на р. Лене. 1987 г.

Рис. 25.36. Предельное температурное состояние ряжевой причальной набережной Якутского порта:

1 – контур ряжевой стенки; 2 – загрузка ряжа камнем; 3 – загрузка ряжа песком; 4 – естественная поверхность земли; 5 – верхняя граница вечной мерзлоты по наблюде-

ниям в 1962 г.; 6 – граница мерзлоты в предельном (квазистационарном) состоянии по расчету; 7 – постоянно талая зона; 8 – постоянно мерзлая зона; 9 – зона переменного (сезонного) замерзания-оттаивания; 10 – верхняя граница мерзлоты по наблюдениям в скважинах №1 – 4 в 1978 году; показаны максимальные и минимальные среднемесячные уровни воды, температуры воздуха, воды, поверхности засыпки и толщина льда

[587]

269