Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы изучения берегоформирующих процессов на водохранилищах 10
Глава 2. Общая характеристика района и методика исследований 23
2.1. Характеристика района исследований 23
2.2. Методика исследований 26
Глава 3. Факторы воздействия на динамику береговой зоны 29
3.1. Геолого-геоморфологические факторы и условия развития берегов 29
3.2. Климатические факторы 42
3.3. Гидродинамические факторы 46
3.3.1. Уровенный режим в зонах переменного подпора водохранилища 46
3.3.2. Ветроволновой режим 57
3.3.3. Течения 59
Глава 4. Экзогенные геологические процессы 64
4.1. Абразия береговых склонов и аккумуляция наносов в прибрежной зоне 64
4.2. Аккумуляция донных отложений и их динамика в зонах переменного подпора 79
4.2.1. Источники поступления наносов 79
4.2.2. Условия формирования донных отложений 82
4.2.3. Гранулометрический состав донных отложений 83
4.2.4. Донные формы рельефа и их динамика 85
4.3.Эоловые процессы 96
4.3.1. Гранулометрический состав эоловых отложений 115
Глава 5. Геоэкологическая оценка воздействия процессов на прибрежные территории 125
Заключение 132
Литература 134
- Современное состояние проблемы изучения берегоформирующих процессов на водохранилищах
- Характеристика района исследований
- Уровенный режим в зонах переменного подпора водохранилища
- Аккумуляция донных отложений и их динамика в зонах переменного подпора
Введение к работе
Актуальность работы. Создание таких природно-техногенных объектов, как водохранилища, неизбежно влечет за собой преобразование геологической среды. По мере активизации экзогенных геологических процессов (ЭГП), являющейся результатом техногенного прессинга, осложняется геоэкологическая обстановка территории в целом. Важным моментом в решении проблемы рационального использования и охраны прибрежных территорий водохранилищ является выявление и изучение закономерностей развития процессов в условиях необратимо измененной геологической среды.
Братское водохранилище, являясь вторым по величине искусственным водоемом в мире, созданным в сложнейших инженерно-геологических условиях Восточной Сибири, занимает особое место среди основных геоэкологических проблем данного региона. В свою очередь с точки зрения эксплуатации водоема большое значение приобретает изучение закономерностей развития и динамики ЭГП в зонах переменного подпора, характеризующихся особыми гидродинамическими условиями и отличающихся от подобных зон в других водохранилищах. Кроме того, территория, прилегающая к зоне переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре, является наиболее населенной в Иркутской области и интенсивно используется в промышленной сфере, в силу чего подвержена мощным техногенным нагрузкам и, соответственно, нуждается в эффективных мерах защиты и охраны геологической среды. В связи с этим геоэкологическая оценка развития процессов и явлений и их воздействия на среду представляет собой актуальную научную проблему.
Цель работы состоит в выявлении основных закономерностей развития и взаимодействия ЭГП, характерных для зон переменного подпора
Братского водохранилища и последующем выполнении геоэкологической оценки воздействия этих процессов на прибрежные территории.
Задачи исследований:
1. Используя опыт предшественников и личные наработки, проанализировать весь комплекс условий и факторов, влияющих на развитие абразионных, аккумулятивных и эоловых процессов, развивающихся в пределах зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.
2. Выявить закономерность развития абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне в зависимости от особенностей уровенного режима зоны переменного подпора. 3. Изучить закономерности развития и динамики эоловых процессов, активно развивающихся на отдельных участках зоны переменного подпора. 4. Провести анализ данных, полученных в 1982-1986 гг. при исследованиях дна зоны переменного подпора по р. Ангаре и выявить динамику подводных форм рельефа и характер осадконакопления. 5. Выполнить геоэкологическую оценку воздействия абразионно- аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:
Охарактеризована зона переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре с точки зрения развития абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов и комплекса факторов, влияющих на масштабы и интенсивность их проявления.
Выявлена цикличность преобладания абразионных и аккумулятивных процессов в зависимости от перемещения границы подпора водоема.
Детально проанализированы данные эхолотирования, проведенного в пределах верхней части зоны переменного подпора, что позволило установить основные закономерности динамики донных форм рельефа и характера слагающих их отложений.
Выявлены основные этапы развития эоловых процессов на стационарном участке Ыельхай и установлены средние скорости осадконакопления.
Выполнена геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.
Защищаемые положения.
Зоны переменного подпора Братского водохранилища характеризуются особыми условиями формирования берегов, определяемыми уровенным режимом, который способствует циклическому чередованию абразионных и аккумулятивных процессов. Колебания уровня воды в водоеме влияют на положение границ выклинивания подпора, и определяют динамику смещения подводных форм, их размеры и характер отложения осадков.
Формирование эоловых отложений на отдельных участках зоны подпора - результат развеивания песчано-супесчаных осадков береговых отмелей. Изучение разрезов эоловых образований показывает, что их накопление происходило в несколько этапов, различающихся между собой скоростью осадконакопления и морфологией эоловых форм от простого поверхностного перевеивания песчаного материала до движущихся дюн.
Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории отражает качественные и количественные изменения геологической среды, происходящие в результате возникновения и активизации процессов по мере возрастания техногенного прессинга.
6 Исходные материалы. В основу диссертационной работы положен фактический материал, полученный автором в течение 2001-2005 годов при проведении экспедиционных исследований в пределах Братского водохранилища, а именно, результаты режимных наблюдений на геодинамических стационарах лаборатории. В ходе работы проведена обработка и анализ материалов эхолотирования, проводившегося в период с 1982 по 1986 гг. Кроме того, использованы данные литературных и фондовых источников.
Личный вклад автора. В течение 2001-2005 гг. автором проведены экспедиционные исследования на участках развития абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов в верхнеангарском районе Братского водохранилища.
Автором лично произведен анализ данных за период 1976-1995 гг. по развитию абразионных процессов на нескольких стационарных участках в пределах изучаемой территории, на основе чего получены морфометрические характеристики подводной и осушенной частей отмели. По результатам анализа построены графики, отображающие цикличность преобладания абразионных и аккумулятивных процессов на фоне условий переменного подпора. Определены объемы и ширина отступания бровки берегового склона за каждый год исследуемого периода.
Обработаны и проанализированы эхограммы и числовые данные промеров дна зоны выклинивания подпора Братского водохранилища, выполненных в 1982-1986 гг. На основе полученных результатов выявлены основные закономерности развития и динамики донных форм рельефа в условиях переменного подпора водохранилища, а также составлена динамическая карта-схема распространения регулярных гряд в зоне подпора по р. Ангаре.
При проведении экспедиционных работ изучены 6 разрезов песчаных отложений на участках развития эоловых процессов. Эти исследования позволили выявить основные этапы развития эоловых процессов и определить средние скорости осадконакопления в эти этапы. Автором выполнен анализ гранулометрического состава эоловых отложений ситовым методом и рассчитаны такие характеристики, как медианный диаметр, коэффициенты сортированное и асимметрии. Построены графики, отображающие характер изменения данных параметров в песчаных наносах по профилям берегового склона и по глубине разрезов. Проанализированы аэрофотоснимки одного из участков развития эоловых процессов за 1969 и 1980 года. Произведена сравнительная характеристика эоловых полей и определены их площади. Составлена геодинамическая карта-схема распространения ЭГП в пределах данного участка.
Практическое значение работы. Результаты проведенных исследований представляют практический интерес для широкого круга специалистов, занимающихся проблемами освоения и рационального использования прибрежных территорий Братского водохранилища. Данные исследования позволяют произвести оценку современного состояния территорий, находящихся в пределах зон переменного подпора, выявить основные факторы негативного воздействия водоема на геологическую среду и внести некоторые рекомендации в эксплуатационный режим Братского водохранилища. В результате это дает возможность для дальнейшей разработки методов защиты и охраны природы в целом.
Апробация работы. Основные положения и отдельные вопросы докладывались на следующих научных конференциях, симпозиумах и семинарах: - Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск - 2002); VII Международном научном симпозиуме имени ак. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск - 2003); XX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск - 2003); VIII Международном научном симпозиуме имени ак. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск - 2004); VI Всероссийской молодежной школе-семинаре «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (г. Томск - 2005); XXI Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск - 2005).
Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 10 работ, из них 3 - за рубежом.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Объем работы 143 стр., в том числе 44 рисунка, 9 таблиц; список использованной литературы составляет 96 наименований.
Автор искренне благодарен и признателен научным руководителям: доктору геолого-минералогических наук, профессору Ю.Б. Тржцинскому за внимательное отношение, поддержку и советы при выполнении и обсуждении работы и доктору географических наук [Г.И. Овчинникову — за формирование научных взглядов автора, за организацию и помощь в проведении экспедиционных работ. За ценные замечания и отзывы при подготовке работы автор благодарит д.г.-м.н., профессора Т.Г. Рященко, к.г.-м.н. С.Х. Павлова, к.г.-м.н. Е.А. Козыреву. Также автор выражает благодарность к.г.-м.н. О.А. Мазаевой, к.г.- м.н. Я.Б. Радзиминовичу, чьи советы, участие и помощь способствовали выполнению работы, а также Е.П. Сараевой за выполнение анализов песчаных грунтов. На всем протяжении исследований автора сопровождало доброжелательное отношение и постоянное внимание коллег по лаборатории инженерной геологии и геоэкологии. Всем им автор глубоко признателен.
Современное состояние проблемы изучения берегоформирующих процессов на водохранилищах
В связи со значительными изменениями берегов, наблюдающимися на крупных водохранилищах, возникает проблема необходимости научно обоснованного подхода к предсказанию, прогнозированию этого явления и выработке указаний по борьбе с ними. Берега водохранилищ периодически перерабатываются и переформировываются, разрушаются и отступают, или наращиваются, за счет аккумуляции приносимых течением наносов, и наступают на водохранилища. В любом случае такие изменения берегов могут значительно осложнять их освоение и требовать крупных материальных затрат (Качугин, 1959).
Вопросами изучения берегоформируюших процессов и развития береговой зоны водохранилищ занимались и занимаются различные коллективы ученых. Началом систематического исследования динамики береговых зон водохранилищ следует считать конец 20-х - начало 30-х годов XX века. Первые научные представления о формировании берегов водохранилищ создавались на основе закономерностей процессов, протекающих на берегах рек, озер и морей. Так, академик Ф.П. Саваренский в 1935 г. в своей статье, касающейся переработки береговых склонов реки, провел аналогию и для процессов переработки берегов водохранилищ. Позже в работах В.П. Зенковича (1962), O.K. Леонтьева (1961) и многих других ученых, создавших теорию о развитии морских берегов, прослеживается мысль об аналогичном подходе к прогнозированию разрушения берегов искусственных водохранилищ. Ими также развита концепция гидродинамики береговой зоны внутренних морей.
Трудами Е.Г. Качугина (1959) доказано, что формирование берегов искусственных водохранилищ, отличающихся от естественных водоемов своим гидрологическим режимом, контролируемым человеком, протекает по иным особенным законам. Тем не менее, Е.Г. Качугин заметил, что при наблюдениях за переработкой берегов должен "использоваться богатый опыт изучения побережий морей" и положил в основу своей работы как свой личный опыт, так и указания специалистов данной проблематики: В.П. Зенковича, Б.А. Пышкина, М.П. Семенова и др. Е.Г. Качугин выявил и описал основные преимущества и недостатки методов прогноза переработки берегов водохранилищ, предложенных разными авторами и разработал новый метод, который заключается в использовании графика размыва берега, представляющего собой кривую параболического типа. В основу метода положены наблюдения, показывающие, что процесс разрушения, сильно развивающийся в начале затопления, закономерно затухает в последующие годы. Однако эта закономерность не подтверждается в случае водоемов многолетнего регулирования с большой амплитудой колебания уровня при сработке. Например, Ангарские водохранилища с точки зрения интенсивности проявления абразионно - аккумулятивных процессов на берегах, относятся к типу геодинамически неустойчивых и характеризуются циклически сменяющимися стадиями активизации и относительной стабилизации процессов, что в значительной степени определяется уровенным режимом водоемов (Овчинников и др., 1999).
Е.Г. Качугин также считал правильным оценивать размеры разрушения берегов по энергии волнения и по способности горных пород подвергаться размыву. Им построены графики интенсивности размыва берегов, сложенных разными горными породами, и выделена связь объемов размыва с высотами берегов. Таким образом, Е.Г. Качугиным было установлено, что затухание размыва происходит быстрее у низких берегов и при меньших величинах работы волн, а с возрастанием высоты берега объем размыва увеличивается. Это справедливо только при сходных геологических условиях и зависит от состава горных пород и их сопротивляемости процессу абразии в данных условиях. Качугиным также установлены основные факторы и условия, определяющие характер процесса переформирования берегов при подпоре рек. Большое внимание уделено абразионным и аккумулятивным процессам, скорость и интенсивность проявления которых связана с работой волн.
Рассмотрено влияние скорости снижения уровня воды при сработке на устойчивость склонов, а также отмечено ослабление прочности горных пород в результате колебаний уровня воды в водохранилище, обусловленное их периодическим намоканием.
Работы по созданию методов прогноза переработки берегов проводились многими учеными: Б.А. Пышкиным, Г.С. Золоторевым, Н.Е. Кондратьевым, Л.Б. Розовским и др. Необходимость решения таких практических задач особенно остро встала в 50-х годах, в период бурного гидротехнического строительства на реках Европейской части России
В 1954 г. Б.А. Пышкиным был предложен метод, предусматривающий определение разрушения берегов водохранилищ для отдаленной стадии их эксплуатации, когда это разрушение почти затухает и профиль берега становится равновесным (Пышкин, 1973).
В 1955 г. Г.С. Золоторевым опубликованы рекомендации по инженерно - геологическому изучению береговых склонов водохранилищ и по оценке их переработки. Эти рекомендации были приняты во внимание при проектировании Куйбышевского водохранилища и использовались затем на ряде других водохранилищ (Золотарев, 1955).
Интересные результаты наблюдений на Днепровском водохранилище опубликованы Л.Б. Розовским в 1954 г. (Розовский, 1954).
Изучая берега Камского водохранилища, И.А. Печеркин дал его подробную характеристику и впервые отметил взаимосвязь и взаимообусловленность берегоформирующих процессов (Печеркин, 1969).
С точки зрения гидроэнергетического строительства территория Сибири осваивалась значительно позднее европейской части СССР, где уже имелся опыт организации наблюдений за формированием берегов.
Характеристика района исследований
Братское водохранилище, созданное в 1967 г. в результате строительства Братской гидроэлектростанции, является одним из самых крупных искусственных водоемов мира. Братское водохранилище располагается на территории Иркутской области в пределах Средне-Сибирского плоскогорья, заполняя часть ангарской долины на участке от пос. Тельма Усольского района до пос. Падун Братского района. Подпор воды, образованный плотиной Братской ГЭС, распространился по рекам Ангара, Ока, Ия и их крупным притокам, в результате чего образовались зоны переменного подпора. Водами водохранилища затоплена нижняя часть долины р. Оки до пос. Барлук Куйтунского района, по долине р. Ии, крупного притока р. Оки, район выклинивания располагается у пос. Новое Приречье Тулунского района. По р. Ангаре подпор распространился до пос. Тельма, образуя наиболее обширную из вышеперечисленных зону переменного подпора, ставшую объектом настоящего исследования.
Братское водохранилище вытянуто в меридианальном направлении с юга на север на 600 км. Площадь водного зеркала составляет 5470 км . Объем водной массы равен 170 км3. Длина водохранилища по средней линии 1148,7 км. Средняя ширина составляет 4,8 км, наибольшая - 25,0 км. Средняя глубина - 31 м, наибольшая - 150 м (Гидрометеорологический режим..., 1978).
Общая протяженность береговой линии Братского водохранилища 6013 км (Овчинников, 1985). Отличительной особенностью водохранилища является сложная конфигурация очертаний береговой линии, обусловленная характером рельефа местности и ее геологическим строением. Коэффициент извилистости береговой линии Братского водохранилища очень высок и изменяется от 1,6 в Верхнеангарском районе до 8,0 по правому берегу Заярского и Приплотинного участков (Гидрометеорологический режим..., 1978).
Район исследований, проведенных в рамках данной работы, простирается от пос. Тельма до Унгинского залива (Рис. 1), и включает в себя зону переменного подпора Братского водохранилища по реке Ангаре. Согласно районированию Рогозина А.А. (1973), Бояркина В.М. (1973) и других исследователей, выделяющих в пределах акватории Братского водохранилища 5 районов, в составе верхнеангарского, балаганского, ангарского-узкого, окинского и ийского, участок работ включает в себя верхнеангарский район и южную часть балаганского района.
Верхнеангарский район, расположенный в южной части водохранилища, протягивается от пос. Тельма (80 км) до пос. Нельхай (181 км) и имеет меридиональное простирание. Долина в пределах этого участка имеет асимметричное строение с высоким крутым правым и отлогим террасированным левым берегом. Длина участка составляет 101-102 км. Средняя ширина около 1,5 км. Максимальная ширина 3,5 км и отмечается в районе пос. Казачье. Средняя глубина составляет около 9 м и максимальная -около 28 м (Гидрометеорологический режим..., 1978). По центральной части акватории протягивается ряд островов. Некоторые из островов были затоплены, в результате чего на их месте образовались мелководья. Изрезанность береговой линии в данном районе небольшая.
Район Балаганского расширения расположен севернее верхнеангарского участка. В данной работе нас интересует лишь южная его часть от пос. Нельхай (181 км) до Унгинского залива (210 км), протяженностью 28-29 км. Характерной чертой рельефа южной части Балаганского расширения является наличие высоко приподнятых водораздельных столообразных пространств, абсолютные отметки которых колеблются в пределах 510 - 700 м. При затоплении ангарских 25-60 м террас образовались обширные мелководные участки. Также мелководный участок отмечается при затоплении части острова Осинский. Протяженность участка с глубинами до 5,5 м составляет около 3 км, а ширина - около 1 км.
Среди многочисленных заливов наиболее крупным на исследуемом участке является Осинский залив. Осинский залив тянется по долине р. Оса более чем на 3,5 км. Ширина его в устьевой части достигает 5,5 км, глубина изменяется от 20 м в устьевой части до 2 м в верховье. Залив ориентирован в северо-западном направлении. Склоны, прилегающие к заливу, асимметричны, левый - пологий, правый -крутой.
Изучение абразионных процессов, в рамках настоящей работы осуществлялось на базе данных лаборатории инженерной геологии и геоэкологии ИЗК СО РАН 1977-1995 годов. Для построения профилей использовались данные нивелирной съемки, ватерпассовки и промеров глубин отмели на стационарных участках Нельхай и Середкино. На основе ряда данных по изменению уровня водохранилища за названный период времени, а также ширины отмели, угла наклона отмели, ширины отступания и объемов размыва берегового склона автором построены графики, характеризующие цикличность развития абразионно-аккумулятивных процессов на данных участках.
Работы по изучению аккумулятивных процессов в ложе зоны переменного подпора и динамики форм донного рельефа производились на основе данных, полученных в ходе эхолотирования, проведенного в период 1982-1986 годов. Эхолотные промеры осуществлялись с помощью эхолота ПЭЛ-3 с постоянной записью на шкале 0-40 метров преимущественно по середине русла, придерживаясь судового хода. Продольное эхолотирование на отдельных участках дополнялось поперечными профилями.
Анализ данных, представленных эхограммами и числовыми морфометрическими характеристиками, заключался в выделении донных форм по их очертаниям, размерам, приуроченности к отдельным участкам русла реки в зоне подпора. Привязка всех форм производилась по километражу, указанному на лоции р. Ангары и Братского водохранилища. Результаты анализа выносились на карту-схему, составленную по отдельным годам, что позволяет проследить распространение форм и их перемещение в пределах зоны подпора.
Уровенный режим в зонах переменного подпора водохранилища
Колебания уровня воды - это один из основных факторов, влияющих на преобразование береговой зоны искусственных водоемов, что в полной мере доказано исследованиями на Цимлянском (Вендров, 1957), волжских и подмосковных (Качугин, 1975), ангарских (Астраханцев, Пальшин, 1959; Пуляевский, 1972; Овчинников, 1983) водохранилищах. Уровенный режим относится к факторам техногенного характера, поскольку определяется в основном режимом работы гидротехнических сооружений, задаваемым человеком. Уровни водохранилища находят свое отражение в характере развития береговых процессов и формировании берегов. Скорость снижения уровня воды имеет большое значение для устойчивости склонов. При быстром снижении происходит значительное увеличение уклонов горизонтов подземных вод, в результате чего повышается градиент потока, и гидростатическое давление внутри горных пород возрастает.
Братское водохранилище является водоемом многолетнего регулирования стока, с амплитудой колебания уровня при сработке, достигающей 10 м. Режим уровней Братского водохранилища отличается от режимов равнинных водохранилищ, где подъем уровней до проектных отметок приурочен к весенним паводкам, а в течение остальной части периода открытой воды уровни стоят на отметках нормального подпорного горизонта (НПГ) и близких к ним. На Братском водохранилище весенние половодья не так велики по расходам и уровням, а наполнение водохранилища происходит значительно медленнее. Высоких годовых отметок уровень достигает только к сентябрю - октябрю. Продолжительность стояния уровня на этих отметках невелика и составляет 8 суток, хотя в отдельные годы с амплитудой колебания уровня в несколько сантиметров продолжительность стояния достигает 2 месяцев. Минимальные отметки уровня воды отмечаются в апреле (Рис. 8). Такой режим накладывает особый отпечаток на характер формирования береговых отмелей и интенсивность размыва берегов (Овчинников и др., 1999).
Влияние уровенного режима Братского водохранилища на динамику процессов осуществляется через такие параметры как амплитуда колебания, скорость подъема и снижения, продолжительность стояния на определенных отметках (Вика и др., 2000).
Значительная продолжительность стояния уровня на высоких отметках в осенний период, когда наблюдаются наибольшие по продолжительности штормовые ветры, способствует размыву больших объемов горной породы на береговых склонах. В весенне - летнее время при освобождении водоема ото льда при низких отметках размыву подвергается зона осушки (аккумулятивная часть отмели, сформировавшаяся в осенний период предыдущего года) (Овчинников и др., 1999).
В связи с различными величинами ежегодных сработок и наполнения водохранилища оказываются различными и скорости подъема и понижения уровня (Рис. 9). Снижение уровня активизирует карстовые, суффозионные процессы, за счет повышения градиента скорости подземных вод, стремящихся к уровню водоема, и интенсивного выноса выщелоченного материала. Повышение уровня приводит к проявлению активной абразионной деятельности. В период подъема уровня, происходящего на Братском водохранилище в течение всего летнего сезона, отмечается размыв и углубление отмелей, и создаются условия для интенсивного разрушения берегов при более высоких уровнях осеннего штормового периода. Также повышение уровня отражается на росте эрозионных форм и увеличении оползневых деформаций.
В многолетнем ходе уровня воды в водохранилище Г.И. Овчинниковым (Овчинников и др., 1999; Вика и др., 2000) выделен ряд циклов, характеризующихся положением уровня на определенных отметках и различной амплитудой его колебания. Первый цикл отличается высоким положением (отметки НПГ) и охватывает периоды: 1967-1968 гг., 1971-1974 гг., 1984-1989 гг., 1994-1995 гг., 2001 г. Амплитуда колебания уровня внутри цикла относительно минимальной и максимальной отметок изменялась от 1,2 м (1989 г.) до 4 м (1971 г.). По отношению к уровню НПГ эта величина изменяется от 2,1 до 4,3 м. Второй цикл определяется низкими уровнями воды и включает 1969-1970 гг., 1990-1993 гг. Максимальная отметка ниже НПГ на 1 м (1991 г.) и минимальная - 7,2 м (1990 г.). Третий цикл характеризуется постоянным понижением уровня воды в водоеме в течение 1975-1983 гг. и 1996-1999 гг. В многолетнем ходе уровня воды максимальная амплитуда его колебания 9,7 м (1982 г.) относительно НПГ, а минимальная -1,2 м (1983 г.). В годовом ходе амплитуда колебания относительно минимальных и максимальных отметок при постоянном понижении уровня изменялась от 1,3 м (1976 г.) до 4 м (1980 г.). Подобный характер режима уровня в этот период в основном связан с малой водностью территории, а также обусловлен потребностью электроэнергии в единой энергосистеме.
Из графика хода уровня воды видно, что процесс наполнения водохранилища почти сразу сменяется его сработкой. Периоды относительно стабильных уровней бывают непродолжительными. Судить о повторяемости уровней и о вероятности их достижения, т.е. об обеспеченности, можно по приведенным графикам (Рис. 10-12). По результатам анализа данных по уровню воды за 1967-2001гг. рассчитаны параметры обеспеченности и повторяемости уровней за каждый год и по вышеприведенным циклам. В результате, для I цикла уровень с 1% обеспеченностью в среднем составляет 401,65 м, с 50% обеспеченностью - 401- 400,5 м; для II цикла - 399,5 м и 398 м соответственно; для III цикла - 400,5 м и 396,5- 397 м (Хак, 2003а; Хак, 2003г).
Аккумуляция донных отложений и их динамика в зонах переменного подпора
В формировании донных отложений зоны выклинивания подпора Братского водохранилища принимает участие материал, поступающий из нескольких различных источников. Основная роль здесь принадлежит твердому стоку рек, впадающих в водохранилище. Интенсивность развития седиментационных процессов зависит от количества наносов, переносимых реками. Наибольшее количество материала несут горные реки, значительно меньше - равнинные. Представление о количестве выносимых наносов дает данные о мутности рек. Этот показатель для рек, впадающих в Братское водохранилище, кроме собственно р. Ангары, довольно высок и, может быть, сравним с мутностью равнинных рек. В зависимости от сезона года значения мутности и стока взвешенных наносов колеблются в широких пределах, и максимумы, как правило, совпадают с многоводными периодами. Для рек Иркута, Китоя и Белой максимальные значения расхода воды и взвешенных наносов приходятся на июнь-август (Табл. 4). Наибольшей равномерностью внутригодового распределения стока наносов характеризуется р. Ангара, что связано с зарегулированностыо стока воды, и изменение величины средней мутности р. Ангары происходит в соответствии с изменением стока воды (Овчинников, Карнаухова, 1985). Таким образом, ниже о-ва Юность мутность воды равняется 4,7 г/м3, в районе г. Ангарска колеблется в пределах
По содержанию взвешенных наносов ангарские воды являются очень чистыми, поэтому основными поставщиками твердого материала в зону выклинивания подпора Братского водохранилища по р. Ангаре являются реки Иркут, Китой, Белая, Ушаковка и Куда. По данным Б.В. Зонова и М.Ф. Шульгина (1966), наибольшую мутность среди указанных рек имеет р. Иркут - 137,0 г/м3, несколько ниже мутность р. Китоя - 115,0 г/м3, р. Белая - 67,8 г/м3. Все малые реки, впадающие в водохранилище, имеют мутность около 50 г/м , а их суммарный годовой сток не велик и составляет всего 2 % от стока всех притоков водохранилища. Годовой сток взвешенных наносов составляет по Иркуту - 602 тыс.т., Китою - 410 тыс.т., Белой - 378 тыс.т., что в сумме составляет 1390 тыс.т. или около 820 тыс.м3. Тогда как суммарный годовой сток всех притоков Братского водохранилища равен 2207 тыс.т.
По гранулометрическому составу взвешенные наносы разных рек не имеют больших различий и характеризуются преобладанием частиц размером 0,05-0,01 мм (Табл. 5).
В дополнение к речным наносам в зону выклинивания подпора поступает материал, образованный за счет размыва берегов, островов и дна водоема. В отличие от первого источника поступления наносов, т.е. твердого стока рек, этот источник не является стабильным во времени и определяется гидродинамической обстановкой в данный момент времени на данном участке, а именно наличием волнения и величиной стоковых течений. О масштабах развития абразионного процесса в пределах зоны выклинивания подпора уже было сказано ранее.
На р. Ангара есть еще один источник поступления наносов. В районе городов Иркутск, Ангарск, Усолье-Сибирское проводятся интенсивные работы по добыче песчаных и песчано-гравийных смесей. При вскрышных и добычных работах происходит увеличение количества взвешенных веществ в воде за счет нарушения структуры донных отложений и фунтов, часть которых вовлекается в поток, как взвешенных, так и влекомых наносов.
По данным Г.А. Карнауховой, А.А. Рогозина и Ю.Б. Тржцинского, полученным в результате экспериментальных работ по выявлению влияния добычи нерудных строительных материалов на загрязнение воды в зоне подпора Ангарской акватории Братского водохранилища, следует, что скорость перемещения суспензионного потока, образующегося при проведении такого рода работ, составляет 625 м/час. Мутность суспензионного потока непосредственно в месте работ изменяется в пределах 91,6 - 415,0 г/м3, тогда как придонная мутность на контрольном створе, т.е. выше участка проведения работ составляла 11,9 г/м . Далее, через 8-10 км вниз по течению придонная мутность изменяется от 9,7 до 18,5 г/м притом, что в бытовых условиях на данном участке она составляла в среднем 9,3г/м .
Процессы седиментации в условиях переменного подпора протекают неравномерно как в пространстве, так и во времени. С этим связаны различия донных отложений по мощности, механическому составу, а также разнообразие форм донного рельефа. Основными факторами, определяющими характер процесса осадконакопления и формирования донных форм в зоне переменного подпора, являются колебания уровня воды в водохранилище и скоростной режим потока.
Гидродинамические условия в зоне переменного подпора претерпевают периодические изменения в результате колебаний уровня. Стоковые течения являются основным рельефообразующим фактором дна зоны, а их значения в большей степени зависят от уровня воды в водохранилище и расхода воды в реке. В связи со значительными изменениями уровня и расхода воды в годовом и многолетнем плане, место выклинивания подпора перемещается по длине реки на значительное расстояние и, как следствие, изменяется режим руслового потока. Характер сработки и наполнения водохранилища определяет периодичность смещения зоны подпора в ту или иную сторону. Поэтому параметры неравномерного движения потока непрерывно изменяются по длине зоны переменного подпора, что в свою очередь сказывается на характере осадконакопления и образования донных форм рельефа.
