Исследование морфодинамики берегов на примере Белгородского водохранилища

Терёхин Э.А.

Переработка берегов водохранилищ является важнейшим фактором формирования всего природного комплекса водного объекта как такового. Степень интенсивности процессов морфодинамики зависит от ряда факторов. К ним относятся размеры водохранилища, климатические и геоморфологические условия, особенности антропогенного влияния на экосистемы водохранилища.

Анализ наблюдений за переработкой берегов показывает следующее.

Во-первых, развитие берегоформирующих процессов очень непостоянно, часто изменяется их характер и интенсивность, что обусловлено не только инженерно-геологическими особенностями береговых склонов, но и современным состоянием природных условий и их циклов, аномальным проявлением во времени и в пространстве.

Во-вторых, необходимы постоянные, стационарные, режимные наблюдения за развитием неблагоприятных, опасных геологических процессов на берегах водохранилищ, по единой программе и методике, что улучшит эффективность исследований береговых процессов, даст возможность проводить систематический анализ материалов наблюдений с учетом конкретных природных условий исследуемых территорий.

В-третьих, исследование и геомониторинг берегов дадут возможность получать материалы для выявления закономерностей и характеристик берегоформирующих процессов, для совершенствования и разработки объективных методов прогноза динамики переформирования берегов водохранилищ [1].

В-четвертых, необходимо проводить и разрабатывать методы расчета береговых деформаций в условиях волнового режима водохранилища; высоты и энергии волн; определять характеристики волнения; выполнять расчет деформаций берега.

Степень опасности развития геодинамических процессов зависит от их интенсивности, а также от ценности объекта воздействия. Ревизионные, повторные, прогнозно-оценочные исследования береговых зон необходимо проводить постоянно, так как они связаны:

с провально-суффозионными процессами на пологих склонах в четвертичных суглинистых образованиях, обусловленных обводнением и вмыванием материала в породы более высокой водопроводимости;

с интенсивной переработкой берегов и их обрушением;

с оползневыми смещениями берегов, вызванных подпором подземных вод.[4].

По В.М. Широкову [2], берега водохранилищ в процессе своего развития проходят следующие стадии:

стадия становления, характеризующаяся интенсивной переработкой и начальным формированием отмели;

стадия стабилизации, когда формируется равновесная береговая линия путем стабилизации берегов и отмелей, но возможны кратковременные усиления размыва;

стадия отмирания характеризуется зарастанием водохранилища и расчленением его на более мелкие водоемы.

В ходе исследований планировалось ответить на вопрос, к какой из вышеуказанных стадий на данный момент принадлежит водохранилище и, соответственно, какие процессы в настоящий момент преобладают в его экосистеме.

Задачами исследования являлись следующие:

Оценка скорости переработки берегов за весь период существования водохранилища, т.е. за период с 1987 года по 2006 год.

Прогнозирование дальнейших процессов переформирования берегов.

Выявление стадийности имеет практическое значение в целях прогнозирования развития берегов. Многочисленными исследованиями доказано, что абразия (размыв) берегов водохранилищ, особенно в первые десятилетия после их заполнения, протекает значительно интенсивнее, чем морских [5,6]. Переформирование берегов начинается сразу после затопления чаши водохранилища. Постепенно происходит общее выравнивание береговой линии в плане за счет срезания мысов. Энергия волнового воздействия все в большей степени тратится на преодоление трения о прибрежные отмели. Анализ наблюдений за переработкой берегов показывает, что развитие берегоформирующих процессов зависит от изменения характера и интенсивности неравномерного во времени воздействия данных процессов; от инженерно-геологических особенностей береговых склонов, их современного состояния и перепадов уровня зеркала поверхностных вод в водохранилищах.

Сама исследовательская работа проводилась в течение нескольких лет - с 2004 по 2006 год. Исследование проводились несколькими методами. Для оценки интенсивности динамики береговой линии Белгородского водохранилища в 2006 году были проведены специальные исследование, включающие выявление основных участков, на которых абразия и другие процессы разрушения протекают наиболее интенсивно и количественной оценке этой переработке, включающей, в том числе, тахеометрическую съёмку береговых уступов и дальнейшее построение их профилей и трехмерных моделей.

Исследования на Белгородском водохранилище заключались в комплексном анализе переработки берегов путём сопоставления и сравнения результатов, полученных 3-мя различными методами.

метод заключался в определении объёма переработанного материала и определения параметров отступания берега за период существования водохранилища путём продления современных линий береговых склонов до зеркала воды в водохранилище, т.е. это метод расчёта угловых коэффициентов и параметров склонов.

метод, также относящийся к количественным методам, предполагал исследование на различных участках особенно абрадируемого правого берега водохранилища характера подводных береговых склонов и построения их профилей, которые строились на основании промеров глубин напротив различных участков берегов водохранилища.

метод основывался на сопоставлении различных разновременных фотографий отдельных участков берега водохранилища, позволяя, таким образом, получить наглядную картину морфодинамики берегов на отдельных их участках, в особенности, на наиболее абрадируемых, применяя космические снимки.

По полученным данным было выявлено пространственное изменение ширины зоны разрушения берегов. Важной особенностью исследований оказалось то, что была выявлена тенденция увеличения ширины зоны разрушения на склонах, составляющих большие углы по отношению к осевой части водохранилища. На правобережной части это склоны северовосточных и северных экспозиций.

На участках, подверженных значительной переработке экзогенными геологическими процессами были проведены геодезические работы, заключающиеся в тахеометрической съемке местности и поверхности дна водохранилища на расстоянии до 60-80 м от берега. Съемка на опорных точках была проведена с помощью электронного тахеометра. По полученным данным, определенным на станциях, были составлены крупномасштабные планы участков местности с основными горизонталями рельефа, проведенными через 2 метра.

Для проверки результатов способа расчёта угловых коэффициентов был использован метод профилирования участков дна Белгородского водохранилища. Этот метод заключался в следующем. На ряде исследуемых участков были построены профили подводных береговых склонов. По форме полученного профиля можно было сделать выводы об объемах разрушенного материала, который после разрушения склона был перемещён на прибрежный береговой склон. Профилирование позволило также рассчитать объем этого материала, с допущением, что часть его была унесена волнами. Для исследования были взяты участки №2, 4, 9, 15.

В итоге оказалось, что результаты, полученные методом угловых расчётов, хорошо коррелируют с результатами, полученными методом профилирования дна.

После проведения расчётов объёмов переработки берегов за весь период существования водохранилища, результаты были сведены в таблицы и классифицированы.

Таблица 1.

Из таблицы видно, что наиболее распространённые объёмы переработки в пределах от 10 000 до 20000 м . и объемы менее 5000 м .

В среднем на каждый километр исследуемой полосы пришлось почти 24500 кубических метров переработанного материала, что является довольно значительной величиной.

Надо отметить, что на участке №15, расположенным к югу от впадения в водохранилище реки Топлинка, объем переработанных грунтов составил почти 55000 м3, что, таким образом, является 1/10 частью от общего объёма переработанных грунтов. Он наряду с участками №2, 8-9 и 17 характеризуется наиболее интенсивной переработкой.

При исследовании вышеуказанной группы процессов были применены и космические снимки Белгородского водохранилища. С помощью данных снимков были составлены как картосхемы расположения участков, так и крупномасштабные картосхемы большинства исследуемых участков.

В конечном итоге по полученным данным средняя многолетняя скорость разрушения берегов в исследуемой части Белгородского водохранилища составила 1,1 м/год. Таким образом, проведённые исследования и расчёты параметров морфодинамики берегов показали, что в настоящее время Белгородское водохранилище переходит во вторую стадию по характеру преобладающих на его берегах экзогенных геологических процессов, т.е. стадию стабилизации берегов и отмелей, когда формируется равновесная береговая линия, при возможных кратковременных усилениях размыва.

Список литературы

Григорьева О. Г. Особенности расчета береговых деформаций в условиях большой сработки водохранилищ // Формирование берегов Ангаро-Енисейских водохранилищ / Наука, СО РАН. - Новосибирск, 1988. - С. 75 - 83.

Широков В. М. Проблемы и особенности развития берегов малых равнинных водохранилищ // Геоморфология. 1993. № 2. - С. 88-94.

Зятькова Луиза Константиновна, Лесных Иван Васильевич. Геомониторинг природной среды. Том 1.- 2007.

Авакян А.Б., Вендров С. Л., Преображенский Л.Ю. Проблемы рационального использования озер и водохранилищ/ Генеральные доклады V Всесоюзного гидрологического съезда. - Л.: гидрометеоиздат, 1986. - С. 107-134.

Авакян А.Б., Сальанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. - М.: Мысль, 1987. - 327 с.

Экзогенные геологические процессы на территории Саратовской области по результатам мониторинга геологической среды за 2005 г. и прогноз на 2006 г. // Материалы Территориального центра мониторинга геологической среды (ТЦ МГС) при Саратовской гидрогеологической экспедиции ФГУГП «Волгагеология». -2005.