Геологическая деятельность озер и водохранилищ

Озера — замкнутые углубления на поверхности земли, заполненные в большинстве своем пресной водой и не имеющие непосредственной связи с морем. Озера занимают 2 % поверхности суши. В России их особенно много в Карелии, Новгородской и Тверской областях, а также в некоторых районах Сибири. Берега многих озер, особенно крупных, довольно плотно заселены и широко используются для промышленного и гражданского строительства. Отсюда ясна вся важность изучения инженерно-геологических условий районов озер.

Озера имеют различное происхождение. Среди них различают:

• тектонические — во впадинах тектонического происхождения (например, озера Байкал, Ладожское, Онежское);

• эрозионные — в котловинах размыва;

• карстовые — в заполненных водой карстовых воронках;

• плотинные, или запрудные, образовавшиеся запруживанием рек в результате обвалов или других склоновых процессов.

Озера подобно морям совершают геологическую работу разрушительного и созидательного характера, только в значительно меньших масштабах.

Разрушительная работа озер проявляется в абразивной деятельности волн, нагоняемых ветром. Постоянно дующие в определенных направлениях ветры вызывают волны, которые прибоем подмывают берега. Так создаются озерные абразионные террасы, выработанные в коренных берегах, и аккумулятивные, сложенные

озерными осадками. Озерные террасы формируются в тесной зависимости от изменения положения уровня озера.

Каждое поднятие или опускание уровня воды в озерах вызывает абразионные процессы. Большое влияние на положение уровня оказывают тектонические движения земной коры, а в последнее время и производственная деятельность человека. Так, постройка Иркутской ГЭС обусловила поднятие уровня в озере Байкал на 1 м. Это вызвало переработку берегов в среднем на Юм, а в отдельных местах до 80 м. Размыв берега стал угрожать устойчивости Восточно-Сибирской железной дороги, проходящей по берегу озера.

Борьба с разрушительной работой озер проводится теми же методами, как и с морской абразией, но подпорные и волноотбойные стенки, а также волноломы, буны и другие сооружения имеют значительно меньшие размеры и объемы.

Созидательная работа озер заключается в образовании отложений. Озерные осадки представлены большим комплексом различных накоплений обломочного, химического и органогенного происхождения. Вдоль побережий, где формируются пляжи, навеваются дюны. Озера откладывают в основном грубые обломки и различной крупности пески. Такой же материал, но уже в виде валов, накапливается при впадении в озера рек.

Данная часть озер заполняется глинистыми осадками, песками, илами. На дне соленых озер самостоятельно или вместе с механическими осадками отлагаются соли (хлориды, сульфаты и др.). В озерах формируются специфические образования, свойственные только озерам, такие, как сапропель, торф, особые озерные мергели, иногда озерный мел, трепел.

Важнейшей особенностью некоторых мелководных озер является способность в определенных геологических и физико-географических условиях переходить в стадию болот.

Водохранилища. В настоящее время человек широко использует энергию рек для электрификации. В результате создаются искусственные водохранилища по размерам, не уступающим самым крупным озерам. Общеизвестны крупнейшие водохранилища на Дону, Волге, Ангаре, Енисее. Строятся водохранилища для сельскохозяйственных, бытовых и промышленных целей.

В искусственных водохранилищах так же, как в морях и озерах, наблюдается абразионная работа вод, но здесь она происходит неизмеримо более интенсивно. Это объясняется тем, что речные долины, в которых создают водохранилища, образовались в континентальных условиях под действием эрозии рек и их профиль не соответствует новым условиям, которые возникают при заполнении почти всей долины водой. Водохранилища стремятся

Рис. 130. Схема размыва берега водохранилища Волжской ГЭС:

1 — контур берега до устройства водохранилища; 2 — контур берега, образовавшийся в процессе эксплуатации водохранилища; 3 — водохранилище; ЗГС — зимний сезон сработки, НПГ — нормальный подпорный горизонт

выработать новый профиль берегов, и размыв береговой линии происходит особенно интенсивно (рис. 130). Разрушение и переработка берегов, как показывают наблюдения, начинается непосредственно вслед за заполнением водохранилища.

Интенсивная абразионная деятельность водохранилищ нередко ставит под непосредственную угрозу жилые кварталы городов, промышленные и транспортные сооружения, жилые здания (рис. 131).

Переработка берегов и формирование чаши водохранилища — сложный процесс, в котором принимает участие ряд факторов, различных по своей значимости. Его действие проявляется в волнах, течениях и периодических колебаниях уровня воды в водохранилище.

В нижней части водохранилища, примыкающей к плотине, в связи с отсутствием уклонов водной поверхности течения не возникают. В этом районе действует абразия так же, как в морях и озерах, за счет ветровых волн и колебаний уровня. В средней части водохранилища действуют паводковые течения. Переработка берегов происходит за счет их эрозионной деятельности. В верхней части водохранилища для периода паводка типичен речной режим с речной эрозией.

Большое разрушающее действие на берега водохранилища оказывает волноприбой, возникающий в результате колебаний уровня. Амплитуда этих колебаний может быть значительной, например, в крупных донских и волжских водохранилищах она достигает 2—7 м.

Существенное влияние на переработку берегов оказывает морфология склонов, их геолого-литологическое строение и свойства пород.

По морфологическим особенностям выделяют берега приглу бые с крутизной склонов более 6° и отмелые — менее 6°. Наиболее сильно разрушаются приглубые берега, а на отмелых, наоборот, образуются наносы. В первом случае береговая линия отступает, во втором — образуются косы и отмели. Наиболее интенсивно разрушаются выступы берегов. В бухтах чаще происходит накопление осадков.

Скорость переработки берегов водохранилищ при всех прочих равных условиях возрастает с уменьшением высоты берегового откоса и определяется устойчивостью пород откоса против размыва. При средней высоте откоса 2—4 м над бичевником скорость разрушения береговой полосы за один сезон бывает: для лессовых пород — до 8 м и более; в различных песках — 2 м; в глинистых породах — до 1 м. Скорость волновой переработки берегов, сложенных коренными скальными породами, часто не имеет практического значения.

Водохранилища в большинстве случаев создают подпор грунтовым водам, и подземные воды оказывают дополнительное воздействие на склоны, способствующие активизации оползней, обвалов. Все эти процессы проходят особенно интенсивно при быстрой сработке уровня воды в водохранилище. Возможны также случаи заболачивания берегов или образования солончаков.

Для проектирования строительных объектов инженерно-геологические исследования должны обоснованно дать прогноз переработки берегов водохранилищ. При прогнозе оценивают: ширину полосы возможного размыва берега, интенсивность процесса переработки берега, т. е. ширину береговой полосы, которая будет размыта за 1 год, 10 лет, 20 лет и т. д.

В водохранилищах у берегов накапливаются осадки обломочного характера. К ним примешивается материал конусов выноса 380

оврагов, дельтовых отложений рек, впадающих в водохранилище, делювиально-пролювиальные осадки. На дне водохранилищ откладывается материал, который приносит с собой вода главного русла реки (глины, суглинки, илы и т. д.).

В зону переработки берегов нередко попадают здания, сооружения, сельскохозяйственные угодья. В этом случае их необходимо переносить в безопасное место или ограждать от влияния волн, разрушающих берег. Так, чтобы оградить ряд предприятий и жилых домов от разрушения в г. Саратове, пришлось крепить берег на протяжении 5 км. Для объектов нового строительства устанавливается безопасная граница возможного их приближения к берегу.

Существует ряд мер, которые позволяют активно бороться с переработкой берегов водохранилищ. За основу берут расчетные схемы, позволяющие прогнозировать характер переработки берегов. На основе этого разрабатывают защитные мероприятия, направленные против постоянных и временных подтоплений, повышения уровня грунтовых вод и переработки берегов водохранилищ.

Против переработки берегов водохранилищ можно применять те же сооружения, что и в борьбе с абразией морей и озер. Однако буны и волноломы хорошо выполняют свою роль лишь при небольших колебаниях уровня, а в водохранилищах они значительны вследствие периодической сработки горизонта воды. Поэтому для защиты берега и дамб обвалования лучше применять различного рода покрытия из камня, железобетонных плит, асфальта, геосин- тетических материалов.

Переработка берегов по данным наблюдений, в частности, на Цимлянском и других водохранилищах наиболее интенсивно проходит в первые 2—3 года, когда берег продвигается до 20—50 м в год. Максимальное сезонное отступление берега до 350 м в течение первых двух лет заполнения отмечено на Рыбинском водохранилище. Затем этот процесс постепенно затухает.

Для выбора типа одежды покрытия большое значение имеет прогноз времени затухания процесса переработки. Например, асфальтовые покрытия следует применять в местах, где переработка берегов будет развиваться в ближайшее десятилетие. Каменные покрытия надежны и долговечны. Основным их достоинством является приспособляемость к деформациям откоса, но главный недостаток — трудоемкость работ. Железобетонные покрытия отличаются большей надежностью. Особенно перспективны конструкции из экологичных геосинтетических материалов.

Поиск по сайту: