close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ОСОБЕННОСТИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ В КОТЛОВИНАХ ВОДОХРАНИЛИЩ РАВНИННОГО И ПРЕДГОРНОГО ТИПА НА ПРИМЕРЕ НОВОСИБИРСКОГО И КРАСНОЯРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ФЕДОРОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА
ОСОБЕННОСТИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ В КОТЛОВИНАХ ВОДОХРАНИЛИЩ
РАВНИННОГО И ПРЕДГОРНОГО ТИПА НА ПРИМЕРЕ
НОВОСИБИРСКОГО И КРАСНОЯРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ
Специальность 25.00.25 – Геоморфология и эволюционная география
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата географических наук
Геленджик
2016
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. На всех этапах развития водохозяйственного
комплекса России важную роль в управлении водными ресурсами играют водохранилища.
Водные ресурсы водохранилищ используются в гидроэнергетике, водоснабжении,
орошении и обводнении земель сельскохозяйственного назначения, для предотвращения
наводнений, развития рекреации, представляют огромный интерес для развития водного
транспорта и организации рыбного хозяйства, а также для решения многих других важных
народнохозяйственных задач. На первый план в изучении водохранилищ выходит решение
таких приоритетных вопросов, как увеличение (сохранение) энергетического потенциала
водоемов, снижение экзодинамического риска, экологическая безопасность, рентабельность
эксплуатации водных путей, питьевое водоснабжение, совершенствование теории и
методики познания закономерностей развития рельефа котловин водохранилищ для
рационального природопользования, устойчивого развития, их охраны и прогноза.
Для практического использования водохранилищ и осуществления их эффективной
эксплуатации в интересах всех водопользователей необходимо знать их современные
морфометрические характеристики: емкость, плановые очертания, форму котловин,
площадь зеркала, амплитуду колебания уровней воды в условиях его эксплуатации и другие
параметры. Форма котловин оказывает существенное влияние на характер и направление
течений в водохранилище, которые в свою очередь определяют перераспределение
отложений в водоеме, т.е. осадконакопление. Осадконакопление – процесс аккумуляции
крупных частиц и тонкодисперсных минерально-органических взвесей в котловинах
водохранилищ. Осадконакопление включает два главных процесса: занесение и заиление.
Эти процессы могут привести к утрате полезной емкости водохранилища
[Закономерности…, 2012].
Исследование процессов осадконакопления в водохранилищах имеет большое научное
и практическое значение при решении общегеографических, геоморфологических,
экологических и социально-экономических проблем, а также при проектировании,
эксплуатации, реконструкции и восстановлении водохранилищ в целом и их прибрежных
территорий в частности. После заполнения, в процессе эксплуатации, под воздействием
естественных и антропогенных факторов происходит изменение рельефа котловин
водохранилищ – меняются площади водной поверхности и объемы воды, длина и положение
береговой линии, значения ширины, длины, глубины и пр. Таким образом, оценив
качественно и количественно эти изменения, можно будет говорить о закономерностях
осадконакопления, и прогнозировать дальнейшее развитие геоморфологических и
гидрологических процессов, происходящих в береговой зоне и на дне водохранилищ.
Степень разработанности темы. Изучение закономерностей и пространственновременного распределения осадконакопления в водохранилищах является важной
составляющей в познании функционально-продукционных и деструкционных процессов в
зарегулированной реке. За время исследований, проводимых на водохранилищах, наиболее
детально были изучены процессы переформирования береговой зоны водохранилищ,
подробно рассмотрено влияние водохранилищ на экологию, изменение климата и подпор
подземных вод прилегающих территорий, дана достаточно полная оценка изменения
4
качества воды в искусственных водоемах, описаны состав и мощность донных отложений
для некоторых водохранилищ, дано описание изменения режимов стока рек в нижних и
верхних бьефах водохранилищ. Однако влияние осадконакопления на изменение рельефа
котловин и морфометрических параметров искусственных водоемов за время их
эксплуатации и оценка этих изменений, как правило, не производилась. Также не делался
сравнительный анализ процессов осадконакопления в водохранилищах разных типов.
Непосредственно Новосибирское и Красноярское водохранилища были достаточно
подробно описаны на стадии проектирования и в первые годы их эксплуатации
[Формирование берегов…, 1969; Кусковский, 1974; Отчет…, 1973, 1976, 1978, 1979 и др.].
С середины 1980-х годов работы по исследованию сибирских водохранилищ практически
не велись. В последние десятилетия в области изучения водохранилищ достигнуты
определенные успехи, но многие проблемы остаются нерешенными из-за отсутствия или
недостатка данных натурных наблюдений [Хабидов и др., 1999, 2001]. В такой ситуации
возникает потребность в организации специальной информационной системы наблюдения
и анализа состояния природной среды – комплексного мониторинга водохранилищ.
Материалы, представленные в данной работе, были получены в ходе выполнения работ
над государственными контрактами № 20/08 от 08 июля 2008 г. по теме «Уточнение
морфометрических характеристик Новосибирского водохранилища», № 13/09 от 19
сентября 2009 г. по теме «Создание автоматизированной информационной системы
мониторинга берегов и дна Новосибирского водохранилища» и № НИР-12-04 от 21 сентября
2012 г. по теме «Исследование морфометрических характеристик Красноярского
водохранилища и разработка научно-обоснованных рекомендаций по предупреждению
вредного воздействия вод на его берега». В 2008-2013 гг. для Новосибирского и
Красноярского водохранилищ при участии автора была разбита сеть мониторинговых
площадок для наблюдения за изменением рельефа их берегов и дна.
Объект исследования – водохранилища равнинного и предгорного типа. Предмет
исследования – влияние осадконакопления на изменение рельефа котловин
Новосибирского и Красноярского водохранилищ.
Целью диссертационной работы является исследование процессов осадконакопления
в котловинах водохранилищ равнинного и предгорного типа и оценка изменения рельефа
дна и берегов водохранилищ под влиянием природно-климатических факторов за
многолетний период их эксплуатации. Для достижения поставленной цели в ходе научного
исследования поставлены и решены следующие задачи:
1.
Изучить особенности осадконакопления в котловинах исследуемых
водохранилищ в современную стадию развития водоемов;
2.
Создать разновременные цифровые модели рельефа дна и прибрежной полосы
исследуемых водохранилищ, на основе которых дать оценку интенсивности процессов
осадконакопления и рассчитать современные морфометрические показатели водоемов;
3.
Выявить факторы и тенденции изменения основных морфометрических
параметров водохранилищ, в том числе конфигурации береговой линии, объемов и
площадей зеркала исследуемых водоемов за период их эксплуатации;
5
4.
Уточнить характеристики динамики рельефа котловин водохранилищ по
результатам экспедиционных исследований, а также на основе картографического
материала,
данных
дистанционного
зондирования,
методов
математического
моделирования и ГИС;
5.
Произвести оценку масштабов переработки берегов водохранилищ равнинного и
предгорного типа за период их эксплуатации;
6.
Произвести прогноз развития берегового профиля для наиболее интенсивно
разрушающихся участков берега исследуемых водохранилищ.
Научная новизна выполненной работы определяется следующими положениями:
Получены новые данные по динамике природно-техногенных объектов, таких как
Новосибирское и Красноярское водохранилища, и создана геоинформационная основа для
построения и последующего пополнения базы данных о состоянии береговой зоны и дна
водохранилищ.
Впервые для Новосибирского и Красноярского водохранилищ на основе современных
компьютерных технологий построены цифровые модели рельефа их котловин, которые
позволили определить динамику рельефа и взаимодействующих процессов в пространстве
и во времени.
Исследования выполнены на единой методической и технологической основе. Для
обеспечения единого подхода разработана методика, включающая проведение комплекса
промерных работ, анализ геопространственной информации (картографических материалов
и данных дистанционного зондирования Земли) и создание цифровой модели рельефа
(ЦМР) дна и прилегающих территорий водохранилищ.
В результате проведенных работ были получены современные морфометрические
параметры исследуемых водохранилищ. Дана качественная и количественная оценка
изменения основных морфометрических параметров, которые произошли за многолетний
период эксплуатации этих водохранилищ.
Проведена оценка мощности накопленных донных отложений и их пространственного
распределения в исследуемых водохранилищах методами геоинформационных технологий.
Впервые рассчитан ряд гидрографических и морфометрических характеристик
Новосибирского и Красноярского водохранилищ на современном этапе их существования.
Научная и практическая значимость работы. Результаты выполненного
исследования предназначены для практического использования широким кругом
специалистов, занимающихся проблемами освоения и эксплуатации Сибирских
водохранилищ в целом и их прибрежных территорий в частности. Данные исследования
могут быть использованы для оценки современного состояния территорий, находящихся в
зоне влияния Новосибирского и Красноярского водохранилищ; с учетом хода развития и
взаимодействия процессов произвести прогнозные расчеты в изменении их береговой зоны;
внести некоторые рекомендации в режим эксплуатации этих водохранилищ. Это в свою
очередь дает возможность обосновывать допустимые величины техногенных воздействий
на водохранилища и их берега и разрабатывать методы защиты и охраны природы в целом.
Результаты работы уже используются в работе Енисейского и Обского бассейновых водных
управлений. Современные морфометрические параметры могут учитываться при
6
составлении новых «Правил использования водных ресурсов водохранилищ», при расчете
пропусков паводков и пр. Построенные цифровые модели рельефа котловин водохранилищ
вошли в основу «Автоматизированной информационной системы мониторинга берегов и
дна водохранилищ», а также могут быть использованы для судоходства. На основе
результатов прогноза и проведенного нами мониторинга берегов был выполнен комплекс
берегозащитных мероприятий на Новосибирском водохранилище.
Материалы работы используются в учебном процессе Российского государственного
гидрометеорологического университета по направлениям обучения 05.03.04 –
Гидрометеорология, 05.03.05 – Прикладная гидрометеорология, 05.03.06 – Экология и
природопользование в курсах «Гидрология суши», «География», «Геоморфология»,
«Методы и средства гидрометеорологических измерений»; для разработки специального
учебного курса Санкт-Петербуржского государственного университета (Институт наук о
Земле, Основная образовательная программа высшего профессионального образования
«Экология и природопользование», по уровню «Бакалавриат», направлению 022000
«Экология и природопользование», профиль «Экология и недропользование» – очная форма
обучения): доц. Д.В. Рябчук «Основы экологической литологии и экоседиментологии», а
также в учебном процессе для разработки основных и специальных учебных курсов
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (географический
факультет, специальность 020401 «География» – очная форма обучения и 050103
«География» – заочная форма обучения): «Гидрология», «Физическая география России и
сопредельных территорий», «Использование ЭВМ в геоморфологии и морфометрический
анализ рельефа», «Морфология и картографирование ландшафтов». Результаты
диссертационной работы используются при общей оценке и прогнозировании изменений
состояния Новосибирского водохранилища, его дна, берегов, морфометрических
особенностей, а также при формировании банка данных мониторинга по бассейновым
округам ФГУ «ВерхнеОбьрегионводхоз».
Теоретическую и методическую основу исследования составляют научные
разработки в области изучения проблем в зоне влияния водохранилищ, гидрологических
расчетов параметров водохранилищ и прогнозов переработки берегов: работы А.Б. Авакяна,
С.Л. Вендрова, К.Н. Дьяконова, Ю.М. Матарзина, Б.Б. Богословского, И.К. Мацкевича,
И.А. Печеркина, Г.И. Овчинникова, К.К. Эдельштейна, Н.Н. Назарова, М.А. Великанова,
Р.Д. Косьяна, Д.П. Финарова, Е.Г. Качугина, Г.С. Золотарева, Л.Б. Иконникова,
А.М. Догановского, В.В. Законнова и других исследователей. А также работы, посвященные
непосредственно исследованию Новосибирского и Красноярского водохранилищ,
изложенные в трудах В.М. Широкова, С.Г. Бейрома, А.Ш. Хабидова, В.М. Савкина,
В.С. Кусковского, Ю.И. Подлипского, И.В. Космакова, Л.Н. Каскевича и других
исследователей.
Исходные материалы и методы исследования. Сбор и систематизация данных
осуществлялись путем анализа литературных, фондовых и картографических материалов, а
также данных дистанционного зондирования Земли и выполнением большого объема
личных полевых исследований, математических расчетов, моделирования и
картографирования котловин исследуемых водохранилищ. В ходе научного исследования
7
использовались различные методы: традиционные геоморфологические и географические
методы,
сравнительно-морфологический,
морфографический,
морфометрический,
моделирование, математическая статистика, ГИС, системный анализ, метод ключевых
участков, топогеодезический метод, а также картографический, аналитический,
описательный, дешифрирование космических снимков территорий и ряд других методов.
Основой для решения задач, связанных с процессом сработки водоема и определением
мощности отложений, послужило создание оптимальной цифровой модели рельефа дна
водоемов, построенной математико-картографическими методами на основе информации о
состоянии территории до и после образования водоемов. Эффективность определения
современных морфометрических параметров водоемов была повышена благодаря
использованию геоинформационных технологий и методов геоинформационного анализа.
В основу диссертации положен фактический материал, полученный автором при
проведении экспедиционных исследований в течение 2008-2013 годов на Новосибирском и
Красноярском водохранилищах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Созданные разновременные цифровые модели рельефа котловин исследуемых
водохранилищ позволили оценить масштаб и характер изменений морфометрических
параметров исследуемых водохранилищ, а также объемы и пространственное
распределение осадконакопления в водохранилищах за время их эксплуатации.
2. В осадконакоплении исследуемых водохранилищ в современную стадию их
существования доля твердого речного стока и доля продуктов от разрушения берегов
примерно равны и составляют 50 %.
3. Изменение рельефа котловин водохранилищ предгорного (Красноярское) и
равнинного (Новосибирское) типа за многолетний период их эксплуатации имеет общие
закономерности: в зоне выклинивания подпора и речных заливах происходит образование
новых островов и выдвижение береговой линии; в наиболее широких частях водохранилищ
происходит наибольший размыв прибрежных территорий, увеличиваются площади и
ширина прибрежных отмелей.
4. Прогноз развития берегового профиля для наиболее интенсивно разрушающихся
участков берега и оценка изменения состояния берегов за многолетний период
эксплуатации исследуемых водохранилищ позволили подтвердить, что в разрушении
берегов водохранилищ, помимо волновой деятельности, большую роль играют экзогенные
геологические процессы и колебание уровня водоема.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной
работы обсуждались на различных международных, всероссийских и региональных
конференциях, конгрессах и школах: Всероссийская научно-практическая конференция с
международным
участием
«Водохозяйственные
проблемы
и
рациональное
природопользование» (г. Оренбург, 2008); Международная выставка и научный конгресс
«ГЕО-СИБИРЬ» (г. Новосибирск, 2008, 2009); летняя школа «Вопросы комплексного
берегопользования» (г. С.-Петербург, 2008); Международная научно-практическая
конференция «Обеспечение устойчивого сбалансированного развития прибрежных зон
водохранилищ» (г. Пермь, 2008); Всероссийская конференция («VI Щукинские чтения»)
8
«Геоморфологические процессы и их прикладные аспекты» (г. Москва, 2010); XXIV
Международная береговая конференция «Морские берега» (г. Туапсе, 2012), Молодежная
конференция с международным участием «Географические исследования молодых ученых
в регионах Азии» (г. Барнаул, 2012), 8th IAG International Conference (IAG) on
Geomorphology (Франция, г. Париж, 2013) и др.
Результаты исследований опубликованы автором в 41 научной работе. В их числе:
восемь статей в рецензируемых изданиях по списку ВАК РФ; соавторство в трех
монографиях; 30 работ опубликовано в материалах различных конференций.
Личный вклад. Совместно с научными руководителями сформулированы цель и
задачи диссертации, автором самостоятельно составлен план и программа исследования,
выбраны и обоснованы методы исследования. В основу работы положены результаты
экспедиционных исследований на Новосибирском и Красноярском водохранилищах в 20082013 гг., проведенных сотрудниками Института водных и экологических проблем СО РАН
под руководством и при личном участии автора. Обработка экспериментальных данных,
интерпретация полученных результатов была выполнена непосредственно автором либо в
соавторстве с сотрудниками ИВЭП СО РАН. Автору принадлежит ведущая роль в
интерпретации и анализе результатов полевых работ, выборе и аналитической обработке
привлекаемого материала (архивных и литературных данных, данных дистанционного
зондирования,
картографического
материала).
Диссертант
лично
выполнил
математическую и картографическую обработку пространственных и тематических данных,
произвел анализ и обобщение полученных результатов. Все представленные в работе карты,
схемы, фотографии, графики и табличный материал подготовлены лично автором.
Проанализированы
и
обобщены
многочисленные
литературные
источники,
опубликованные по теме исследования. Подготовка к печати научных работ, отражающих
результаты исследований, осуществлялась как самостоятельно, так и при участии соавторов.
Благодарности. Автор считает своим долгом выразить искрению благодарность своим
научным руководителям д.г.н., проф. Р.Д. Косьяну и д.г.н., проф. А.Ш. Хабидову, чьи
научная и организационная поддержка способствовали созданию данной работы. Автор
выражает глубочайшую признательность К.В. Марусину – ведущему инженеру ИВЭП СО
РАН за подробные консультации по всем теоретическим и практическим вопросам и
помощь в проведении экспедиционных исследований, д.г.н., г.н.с. В.М. Савкину за
практическую помощь и консультации, инженеру ЮО ИО РАН С.Н. Чайка за методическую
помощь в написании работы, а также инженеру А.Л. Хомчановскому за неиссякаемый
оптимизм и всестороннюю поддержку. В процессе экспедиционных и камеральных работ
большая помощь и содействие были оказаны сотрудниками ИВЭП СО РАН
К.В. Марусиным, А.А. Дьяченко, А.А. Коломейцевым, А.Л. Хомчановским, практикантом
В.В. Карповым, сотрудниками ИЗК СО РАН к.г.-м.н. Е.А. Козыревой и к.г.-м.н.
А.А. Рыбченко. Всем им автор выражает искреннюю признательность.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка литературы и приложений. Общий объем рукописи составляет 178
страниц, включая 88 рисунков и 61 таблицу. Список литературы содержит 226
наименований.
9
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении раскрываются актуальность темы диссертационного исследования,
степень ее разработанности, основная цель исследования, поставленные задачи,
методические и теоретические основы, практическая значимость, личный вклад автора,
апробация результатов исследования, излагаются положения, выносимые на защиту.
В главе 1 «Аналитический обзор литературных источников» дан подробный обзор
предшествующих исследований водохранилищ в мире и в России. Отмечены наиболее
важные направления, посвященные исследованию водохранилищ, их берегов, дна и
прилегающих к ним территорий, а также протекающих в искусственных водоемах
процессов. На основании обширного литературного обзора описана история исследований,
проводившихся на различных российских водохранилищах, подробно освещено развитие
научных представлений о различных особенностях искусственных водоемов.
Во второй главе «Исходные материалы и методы исследований» приводятся общие
сведения по каждому из исследуемых водохранилищ, типизация водохранилищ, описание
использованных методов исследований и исходных материалов. В разделе 2.1 дана общая
характеристика исследуемых водохранилищ. Объектами исследования были выбраны два
крупнейших долинных водохранилища Сибири – равнинное Новосибирское и предгорное
Красноярское. Оба водохранилища изначально были созданы в целях развития энергетики
региона и в первую очередь крупнейших городов Сибири – Новосибирска и Красноярска,
вблизи которых водоемы созданы. Кроме того, водные ресурсы водохранилищ
используются для водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйства, безопасного пропуска
половодий и паводков, развития водного транспорта, в рекреационных целях. Оба
водохранилища имеют практически одинаковый возраст (Новосибирское – 55 лет,
Красноярское – 44 года), сходный режим эксплуатации, находятся в одной природной зоне
(лесостепной), на побережьях обоих водохранилищ имеются участки с одинаковым
геологическим строением и гранулометрическим составом пород (песок, лессовидные
суглинки, супеси и пр.). Все это позволяет сравнивать процессы осадконакопления и
переработки берегов этих водоемов. Типизация водохранилищ выполнена по различным
критериям [Авакян, 1987; Водохранилища, 2001] и приведена в таблице 2.2 диссертации.
В параграфе 2.1.1 дана краткая характеристика Новосибирского водохранилища.
Новосибирское водохранилище образовано в результате перекрытия русла реки Обь в
2986 км от устья плотиной Новосибирской ГЭС. Створ Новосибирского гидроузла
расположен в Советском районе города Новосибирска в 30 км от центра города выше по
течению р. Обь. Основное перекрытие русла р. Обь было осуществлено 5 ноября 1956 г.,
отметка нормального подпорного уровня (НПУ) Новосибирского водохранилища
(113.5 м БС) была достигнута в мае 1959 г. Действующие правила эксплуатации
водохранилища – «Основные положения правил использования водных ресурсов
Новосибирского водохранилища на р. Оби», Министерство мелиорации и водного хозяйства
РСФСР, Управление по регулированию использования водных ресурсов, 1969 г.
Новосибирское водохранилище простирается в генеральном направлении с юго-запада на
северо-восток от г. Камень-на-Оби до г. Новосибирск, в пределах 5347 – 5452 с.ш. и
8112 – 8320 в.д. В разделе приведены также карта-схема с общим видом водохранилища,
10
схема административно-территориального устройства в районе Новосибирского
водохранилища, паспортные морфометрические показатели водоема (таблица 2.3
диссертации).
В параграфе 2.1.2 приведена краткая характеристика Красноярского водохранилища.
Красноярское водохранилище образовано в результате перекрытия русла реки Енисей в
2126 км от ее устья и в 40 км выше города Красноярска плотиной Красноярской ГЭС.
Основное перекрытие русла р. Енисей было осуществлено 25 марта 1963 г. Отметка НПУ
(243 м БС) была достигнута 07 августа 1970 г. Действующие правила эксплуатации
водохранилища – «Правила использования водных ресурсов Енисейского каскада ГЭС
(Саяно-Шушенская, Майнская, Красноярская)», Ленгидропроект, 1996 г. Красноярское
водохранилище вытянуто в меридиональном направлении вверх по долине р. Енисей на 334
км – от плотины Красноярского гидроузла (г. Дивногорск) – до г. Абакан, в пределах
5342 – 5556 с.ш. и 9042 – 9146 в.д. В разделе также приведены карта-схема с общим
видом водохранилища, схема административно-территориального устройства в районе
Красноярского водохранилища, паспортные морфометрические показатели водоема
(таблица 2.4 диссертации), схема гидроузлов и водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада
гидроэлектростанций.
В разделе 2.2 подробно описаны используемые в работе исходные материалы, методы
исследований, дано определение морфометрических параметров. Основной объем натурных
исследований проведен на Новосибирском водохранилище в 2008-2010 гг., на Красноярском
– в 2013 г. В состав экспедиционных работ вошли: промеры глубин водоемов, обследование
и описание прибрежной полосы с последующей характеристикой типов берегов,
организация мониторинговых площадок для слежения за состоянием берега на ключевых
участках, промеры береговых профилей и отбор поверхностных проб грунта на этих
участках. Промеры глубин на водохранилищах проводились по «Правилам
гидрографической службы» [1984] эхолотом Lowrance LMS-480M. В экспедиционных
работах производилось визуальное обследование берегов как с водоема (с борта
плавсредств) так и непосредственно на берегу. Были составлены описания общего состояния
берега (абразионный, аккумулятивный, стабильный, искусственный, наличие овражной или
оползневой деятельности и пр.), состояния берегозащиты (если таковая имелась на участке),
наличия инфраструктуры и прочих строений; составлены абрисы и карты-схемы,
характеризующие состояние береговой зоны в наиболее общем виде; определены высота
берегового уступа, ширина пляжа (если имелся) и пр. На берегах Новосибирского
водохранилища в ходе экспедиционных работ нами было заложено 50 мониторинговых
площадок, на Красноярском водохранилище – шесть. Основными параметрами при выборе
участков для мониторинга были: геоморфологические особенности берега (абразионный,
аккумулятивный, бухта, мыс и т.д.); наличие берегозащитных сооружений; наличие
инфраструктуры или сельскохозяйственных объектов. На каждой мониторинговой
площадке закладывалось три репера. Репера располагались на берегу, на расстоянии 30-150
м от уреза или от бровки берегового уступа. На каждом участке проводилась съемка
берегового профиля. При этом использовались электронный тахеометр Leica TS-06 и
геодезический GPS-приемник Leica System 1200 GNSS. Высотная привязка производилась
11
путем нивелирования к ближайшему пункту государственной геодезической сети (ГГС).
Также на каждом профиле был произведен отбор проб грунта для определения
гранулометрического состава пород. Отбиралось до шести проб: с берегового уступа (верх,
середина, подножье), на пляже, на урезе и с подводного берегового склона на глубине около
1 м. Гранулометрический состав пород определялся в лабораторных условиях. Камеральные
работы включали в себя обработку, анализ и систематизацию собственных полевых данных,
архивных данных, картографического материала и данных ДЗЗ, обработку проб грунта,
математические расчеты и пр. В качестве картографического материала использовались
топографические карты разных годов съемки (до затопления водохранилищ и их
современное состояние) масштаба 1:25000 и 1:50000, а также лоции Новосибирского и
Красноярского водохранилищ. Весь картографический материал средствами ГИС был
приведен в векторный формат, построены цифровые модели рельефа котловин
водохранилищ до начала заполнения («проектная ЦМР») и отражающее современное
состояние рельефа («фактическая ЦМР»). Всего было обработано (привязано и оцифровано)
порядка 340 листов разновременных карт М 1:25000, 50 листов М 1:50000, 30 листов лоции.
В главе 3 «Оценка особенностей осадконакопления в котловинах исследуемых
водохранилищ за период их эксплуатации» описаны основные принципы, по которым
идет осадконакопление и, соответственно, изменение рельефа в водохранилищах.
Представлены карты-схемы бассейнов водохранилищ, сравнительные карты и таблицы с
данными об изменении рельефа водоемов за время эксплуатации, таблицы с
гидрологическими характеристиками основных рек, впадающих в исследуемые
водохранилища, информация о распределении скоростей стоковых течений по длине
водохранилищ. Приведены таблицы с рассчитанными нами современными значениями
площадей и объемов на разных уровнях, ширины и глубины водохранилищ, протяженности
берегов, периметра и площади островов и др. Даны количественные и качественные оценки
изменений современных морфометрических параметров по отношению к проектным.
Описаны основные причины этих изменений: особенности ледового и уровенного режимов,
форма котловин, геологические особенности котловин водохранилищ и пр.
Чтобы определить объемы осадконакопления в водохранилищах необходимо знать их
современные морфометрические характеристики, которые представляют собой
количественные показатели, характеризующие вид, форму, высотное положение, размеры
ложа водоемов и объемы воды в них. К ним относятся: площади акватории (включая
острова), водного зеркала и водосбора, объем водохранилища (полный и полезный),
нормальный подпорный уровень (НПУ), уровень мертвого объема (УМО) и форсированный
подпорный уровень (ФПУ) воды водохранилища, средняя и максимальная глубина, длина и
ширина водоема, протяженность и изрезанность береговой линии, средний уклон дна и пр.
Вычисление морфометрических параметров, проводилось нами по рекомендациям
[Великанов, 1964; Догановский, 2011] с использованием стандартных математических
средств, программных средств ГИС и трехмерных моделей рельефа котловин исследуемых
водохранилищ. Проектные параметры были взяты из соответствующих действующих
«Правил использования водных ресурсов водохранилищ».
Рельеф дна любого крупного водохранилища изменяется в период его эксплуатации
12
под действием двух основных факторов: аккумуляции твердого стока рек, впадающих в
водоем, прежде всего главной реки, образующей водохранилище и переработки берегов
водоема [Водохранилища…, 1986]. Влияние процесса переформирования берегов на рельеф
дна проявляется, главным образом, в прибрежной зоне. Образующийся в ходе переработки
берегового склона рыхлый материал идет на выстраивание прибрежной отмели (подводного
пляжа). Параметры береговой отмели – ее ширина и уклон зависят от крупности наносов и
мощности волнения. Чем мельче «строительный» материал, поступающий со склона, и
выше высота волн, тем шире и положе образующаяся отмель. Мелкие (илистые) фракции
материала не могут удержаться на отмели даже при незначительных гидродинамических
воздействиях и выносятся обратными течениями за ее пределы, образуя характерные
шлейфы мутности. Доля мелкозернистых (илистых) фракций особенно велика на берегах,
сложенных супесями и суглинками [Кусковский, 1974; Хабидов, 2000].
В разделах 3.1 и 3.2 дана оценка особенностей осадконакопления в котловинах
Новосибирского и Красноярского водохранилищ. Эта оценка проводилась в два этапа:
сначала производилась оценка изменения рельефа дна, а после оценивались изменение
морфометрических характеристик водоемов в целом.
В параграфах 3.1.1, 3.1.2, 3.2.1 и 3.2.2 произведена оценка изменения состояния
рельефа дна и морфометрических показателей Новосибирского и Красноярского
водохранилищ за период их эксплуатации. Дано подробное описание методов расчета
морфометрических параметров водоемов с представлением соответствующих формул,
схем, графиков, карт, таблиц с исходными данными и результатами.
По данным Государственного Водного Реестра (ГВР) РФ в бассейне Новосибирского
водохранилища всего числится 931 водоток [Ресурсы поверхностных вод…, 1967].
Водосборная площадь водохранилища – 232 000 км2, общий приток в водохранилище
56.1 км3/год, боковой приток – 3.0 км3/год [Вуглинский, 1991]. В бассейне Красноярского
водохранилища числится 477 водотоков [Ресурсы поверхностных вод…, 1973].
Таблица 1 – Количество твердого материала, поступившее в водохранилища за
многолетний период их эксплуатации
Водоем
Новосибирское водохранилище
Красноярское водохранилище
Всего в водоем поступило, Вынос твердого
Объем осадкомлн. м3:
материала из
накопления в
продукты от водохранилища
водохранилитвердый
в нижний бьеф,
размыва
ще, млн. м3
речной сток
млн. м3
берегов
986.93
910.01
879.94
1017.00
234.70
319.65
308.35
246.00
Из таблицы 1 видно, что доля твердого речного стока, поступившего в Новосибирское
водохранилище составила 52.0 %, а доля продуктов от размыва берегов – 48.0 %. Доля
твердого речного стока в Красноярское водохранилище составила 42.3 %, а доля продуктов
от размыва берегов 57.7 %. Речные наносы транспортируются в толще водохранилища
стоковыми течениями. Распределение стоковых течений на обоих водохранилищах имеет
схожий характер. В самой мелководной верхней части, где впадает образующая водоем река,
скорость стокового течения Новосибирского водохранилища достигает 0.9-1.0 м/с,
Красноярского – 0.1-0.2 м/с. В районе плотины средняя скорость стокового течения в обоих
13
водохранилищах сокращается до 0.02-0.05 м/с [Хабидов, 2010; Вышегородцев, 2005;
Отчет…, 2013].
Особенности рельефа котловин обоих водохранилищ таковы, что при отметках
близких к УМО акватория водоемов значительно сокращается и вышележащий участок
становится русловым, где преобладают речные условия течения. Для Новосибирского
водохранилища акватория водоема при УМО простирается лишь до с. Спирино (рисунок 1),
для Красноярского – до района с. Советская Хакасия (рисунок 2).
Рисунок 1 – Акватория
Новосибирского
водохранилища при
отметках НПУ и УМО
(выполнено автором)
Описанные выше, особенности морфологии и гидродинамики Новосибирского и
Красноярского водохранилищ указывают на то, что подавляющая часть твердого стока рек
аккумулируется в верхней части водоемов и в речных заливах. Тоже подтверждает и
сравнение разновременных моделей рельефа котловин водохранилищ. При разделении
водохранилищ на области выклинивания подпора и основную акваторию хорошо видно,
например, что в зоне выклинивания подпора на обоих водохранилищах площади и
количество островов за время эксплуатации возросли, а разрушение берегов было
незначительным. В то время как на основной части акватории площади и количество
островов значительно уменьшились, а разрушение берегов было весьма интенсивным.
Таким образом, подтверждается, что в осадконакоплении водохранилищ, в
современную стадию их эксплуатации, доля речного стока и доля от разрушения берегов
примерно равны и составляют 50 %. Однако, речные наносы оседают в большей мере в
зоне выклинивания подпора водохранилищ и в речных заливах, а твердый материал от
14
разрушения берегов идет в основном на
формирование пляжей и прибрежных отмелей.
Поэтому
основные
изменения
рельефа
происходят именно в этих частях котловин
водохранилищ как предгорного, так и
равнинного типа. Изменения рельефа дна
водоемов были оценены путем сравнения
цифровой
модели
рельефа
котловины
водохранилищ
до
начала
заполнения
(«проектная ЦМР») с такой же моделью, но
отражающей современное состояние рельефа
(«фактическая ЦМР»). Результаты сравнения,
представленные в таблицах 3.2, 3.12 и на
рисунках 3.5, 3.12 в тексте диссертации,
подтверждают высказанное выше утверждение о
разгрузке основной массы твердого стока рек в
зоне выклинивания подпора искусственных
водоемов.
Современные
морфометрические
Рисунок 2 – Акватория Красноярского
водохранилища при отметках НПУ и
характеристики котловин Новосибирского и
УМО (выполнено автором)
Красноярского водохранилищ представлены в
тексте диссертации в таблицах 3.5 и 3.15 соответственно. Для анализа результатов работы
было выполнено сравнение полученных современных морфометрических параметров
водохранилищ с их проектными значениями. Основные итоги такого сравнения
представлены в таблицах 2 и 3, подробные расчеты и результаты анализа представлены в
тексте диссертации.
Таблица 2 – Изменение морфометрических параметров Новосибирского водохранилища
Морфометрическая
характеристика
Объем при НПУ 113,5 м БС
Объем при УМО 108,5 м БС
Полезный объем
Площадь зеркала при НПУ
Площадь зеркала при УМО
Значение
Единицы
измерения
проектное
млн. м3
млн. м3
млн. м3
км2
км2
8800
4400
4400
1070
700
Изменение
по
процент к
современное
величине проектному
7783
-1017
11.55
3424
-976
22.18
4359
-41
0.93
1082
12
1.10
673
-27
3.90
Проектные значения получены из [Основные положения…, 1969];
современные значения высчитаны нами по состоянию местности на 2008 г.
Из таблиц 2 и 3 видно, что в количественном отношении изменения морфометрии на
равнинном Новосибирском водохранилище значительно больше, чем на предгорном
Красноярском. Например, общий объем Новосибирского водохранилища уменьшился на
11.55%, тогда как общий объем Красноярского водохранилища уменьшился всего на 0.33%.
В качественном отношении тоже есть разница, так, например, полезный объем
Новосибирского водохранилища уменьшился на 0.93%, в то время как полезный объем
Краноярского водохранилища напротив увеличился на 0.35%.
15
Таблица 3 – Изменение морфометрических параметров Красноярского водохранилища
Морфометрическая
характеристика
Объем при НПУ 243 м БС
Объем при УМО 225 м БС
Полезный объем
Площадь зеркала при НПУ
Площадь зеркала при УМО
Значение
Изменение
Единицы
процент к
измерения проектное современное по величине
проектному
млн. м3
73300
73054
-246
0.33
3
млн. м
42900
42549
-351
0.82
млн. м3
30400
30505
105
0.35
2
км
2000
2062
62
3.1
км2
1382
1446
64
4.6
Проектные значения получены из [Правила использования..., 1996];
современные значения высчитаны нами по состоянию местности на 2013 г.,
Рассмотрим более подробно процентное изменение площадей зеркала на разных
уровнях, т.к. от этого зависит и изменение объемов (рисунок 3). На Красноярском
водохранилище в целом изменение площадей на всех уровнях не превышает 5-10%, что к
существенному сокращению объемных характеристик водохранилища не привело. Также
это указывает на то, что осадконакопление в Красноярском водохранилище идет
относительно равномерно по все площади дна. Прирост площади зеркала при НПУ и УМО
объясняется процессом переработки берегов. А сокращение площади зеркала для соседних
отметок уровня обусловлено образованием островов и отмелей. Несколько иная картина
наблюдается на Новосибирском водохранилище. Незначительный прирост площади на
отметках близких к НПУ, обусловленный переработкой берегов и значительное сокращение
площади зеркала до 30% ниже УМО. Это говорит о том, что основное накопление
осадочного материала происходит ниже уровня сработки водоема, что и привело к
значительному сокращению объемов водохранилища.
а)
б)
0
0
-10
-20
-5
-30
глубина, м
-10
глубина, м
-40
-15
-50
-60
-20
-70
-25
-30
-25
-20
-15
-10
-5
-80
0
5
изменение площади зеркала % к проектному
Рисунок 3 – Процентное изменение площади
зеркала водохранилищ за время их эксплуатации:
а) Новосибирское водохранилище;
б) Красноярское водохранилище
-90
-100
-110
-10
-5
0
5
изменение площади зеркала
% к проектному
Эти особенности обусловлены многими факторами, которые достаточно подробно
описаны в тексте диссертации. Здесь в качестве примера рассмотрим типичный профиль дна
водохранилищ, который характеризует форму котловины (рисунок 4). Относительно мелкая
широкая с высокой степенью расчлененности подводного рельефа и большим количеством
островов котловина Новосибирского водохранилища в большей степени предрасполагает к
неравномерному распределению осадков, нежели правильная с минимальным количеством
островов глубокая форма котловины Красноярского водохранилища.
Типичный профиль16дна
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
-10
глубина, м
-20
Рисунок 4 –
Типичный
профиль дна
исследуемых
водохранилищ
-30
-40
-50
-60
-70
-80
расстояние от левого берега до правого, м
Новосибирское водохранилище
Красноярское водохранилище
Таким образом, все выше сказанное подтверждает, что за время эксплуатации
морфометрические параметры водохранилищ в значительной мере изменяются, а характер
этих изменений зависит от комплекса взаимодействующих процессов и условий:
особенности уровенного и ледового режимов, геологические условия и форма котловин
водохранилищ, количество поступающего в водоем рыхлого материала, вертикальная
зональность искусственных водоемов и др. Созданные разновременные цифровые модели
рельефа котловин исследуемых водохранилищ позволили оценить масштаб и характер
изменений морфометрических показателей исследуемых водохранилищ, а также объемы
осадконакопления в водохранилищах за время их эксплуатации.
В разделе 3.3. дан обзор процессов переработки берегов Новосибирского и
Красноярского водохранилищ, рассмотрено их состояние в настоящее время. Сделана
оценка изменений состояния берегов за период эксплуатации водохранилищ. Основной
результат оценки – процесс переработки берегов затухает и происходит их стабилизация.
Регулярные и широкомасштабные наблюдения за изменениями берегов
Новосибирского и Красноярского водохранилищ велись от момента их создания до 1982 г.
сотрудниками Сибирского Научно-Исследовательского Института Энергетики (СибНИИЭ)
[Кусковский, 1974; Формирование…, 1969; Отчет…, 1974, 1977, 1978, 1979, 1980, 1981,
1982]. Было выполнено инженерно-геологическое районирование побережий
водохранилищ, были выбраны опорные участки наблюдений за переработкой берегов в
разнообразных
комбинациях
геоморфологических,
инженерно-геологических
и
гидрологических факторов их формирования. Большинство из них располагалось в пределах
населенных пунктов – Сосновка, Бердск, Ленинское, Боровое, Береговое, Быстровка,
Ельцовка, Ордынское, Нижнекаменка на Новосибирском водохранилище; Куртак, Лебяжье,
Новоселово, Абакано-Перевоз, Мохов, Новая Сыда на Красноярском водохранилище. На
участках была устроена опорная сеть реперов для выполнения топосъемочных работ
[Отчет…, 1974, 1977]. В ходе полевых работ на Красноярском водохранилище в 2013 г. нам
удалось восстановить одну такую опорную геодезическую магистраль для участка у
п. Куртак. Также были найдены отдельные репера сети, полуразрушенные и
деформированные, на участках, располагавшихся у населенных пунктов Новая Сыда и
Абакано-Перевоз на Красноярском водохранилище и для участка «Бердские пионерские
17
лагеря» у г. Бердск на Новосибирском водохранилище, однако восстановить по ним
пространственную привязку невозможно. На остальных участках на обоих
водохранилищах, несмотря на достаточно тщательные поиски, не удалось обнаружить
вообще никаких следов опорной сети организованной СибНИИЭ.
В данной работе для анализа и оценки изменений состояния берегов водохранилищ мы
придерживались того же общего подхода, что и предшествующие исследователи. Описание
изменений берегов водохранилища в целом дано, используя пространственный масштаб
1:400 000 и принятое инженерно-геологическое районирование (приложения А.1, А.2, А.3
диссертации). В параграфе 3.3.1 на основе проведенного нами полевого обследования
представлено подробное описание с фотографиями всех типов берегов Новосибирского и
Красноярского водохранилищ и проявляющихся на них экзогенных геологических
процессов на современном этапе их развития. При анализе современного состояния берегов
исследуемых водохранилищ учитывались совокупности признаков: унаследованное
структурно-тектоническое строение вмещающих массивов; литологические особенности и
физико-механические свойства слагающих побережье горных пород; наличие
гидротехнических сооружений, влияющих на формирование современного типа берега. В
зависимости от направленности процессов внутри двух генетических групп (абразионные и
аккумулятивные берега), по совокупности признаков выделялись типы берегов, которые, в
зависимости от проявления различных механизмов деформаций, переработки склона
подразделяются на подтипы.
В настоящее время общая протяженность берегов Новосибирского водохранилища
составляет 725.5 км. При этом протяженность разрушаемых берегов равна 314.1 км,
протяженность относительно стабильных и аккумулятивных берегов – 371.4 км,
протяженность берегов покрытых дамбами и укрепленных берегозащитными
сооружениями – 40.1 км. Общая протяженность берегов Красноярского водохранилища
составляет 2444.6 км. При этом протяженность разрушаемых берегов равна 1364.3 км,
протяженность относительно стабильных и аккумулятивных берегов, а также формируемых
эоловыми процессами – 1041.6 км, протяженность берегов покрытых дамбами – 38.7 км.
Приведенные в таблицах 4 и 5 данные, наглядно демонстрируют затухание процессов
переработки берегов и их постепенную стабилизацию. Это явление обусловлено процессом
постепенной адаптации берегов к действующим деструктивным факторам.
В случае Красноярского водохранилища дополнительным и весьма существенным
стабилизирующим фактором является современный уровенный режим водохранилища. За
последние 15 лет он ни разу не достигал отметки НПУ и стабильно держится на 2 м ниже. В
этих условиях стали доминировать геодинамические процессы, прямо не связанные с
гидродинамическим воздействием водоема.
Таблица 4 – Изменение состояния берегов Красноярского водохранилища.
Берега
Интенсивно разрушающиеся
Разрушающиеся
Практически стабильные
Протяженность, км
1982 г.
2013 г.
642.64
482.69
1048.97
881.61
377.37
1041.65
Изменения за
период, км
-159.95
-167.36
+664.28
18
Таблица 5 – Отступание берегов Новосибирского водохранилища.
Берег
Правый
Левый
Фактическое отступание берегов по периодам, м
наполнение
нормальная эксплуатация
за весь период
1957-1959 1960-1970 1971-1980 1981-1990 1991-2000 2001-2010
35-93
91-130
78-87
25-30
30
29
455
3-5
<20
<50
<25
<30
19
153
В разделе 3.4 представлены основные выводы по главе 3. В обоих водохранилищах
доли от твердого стока рек и от продуктов размыва берегов практически равны и составляют
около 50 %. В настоящий момент в Красноярском водохранилище доля продуктов от
размыва берегов на 15.4 % больше чем доля твердого стока рек. Это обусловлено тем, что
водоем расположен в каскаде ГЭС и основной твердый сток Енисея перехватывается
вышележащими водохранилищами, а наносы, транспортируемые такими крупными
притоками, как реки Туба и Сыда отделены от основной акватории водохранилища дамбами.
За время эксплуатации морфометрические параметры водохранилищ в значительной
мере изменяются, а характер этих изменений зависит от комплекса взаимодействующих
процессов и условий: уровенный и ледовый режим, геологические условия и форма
котловин водохранилищ, количество поступающего в водоем рыхлого материала и др.
Приведенные в таблицах 3 и 4 данные, наглядно демонстрируют затухание процессов
переработки берегов и их постепенную стабилизацию. Затухание переработки берегов во
времени проявляется на всех крупных водохранилищах [Савкин, 2000; Хабидов, 2000].
Разумеется, скорость этого затухания не одинакова и зависит от местных условий. Исходя
из общих положений учения о развитии берегов [Зенкович, 1962; Вендров и др., 1972;
Финаров, 1974; Печеркин и др., 1980], можно полагать, что темп их переработки хотя и
будет в дальнейшем снижаться, но негативное воздействие водных масс водохранилищ на
прибрежные территории продолжится. В связи с этим необходимо оценить величину
возможных изменений положения береговой линии в результате гидрогенных
рельефообразующих процессов, т.е. остается актуальным вопрос прогнозирования
дальнейшей переработки берегов.
Глава 4. Прогноз переработки берегов водохранилищ
При рассмотрении береговых процессов на водохранилищах пользуются двумя
терминами – «переработка берегов» и «переформирование берегов». Под переработкой
берегов понимается отступание берега искусственного водоема вглубь суши вследствие
гидродинамического воздействия, обусловленного главным образом ветровыми волнами.
Под переформированием берегов водохранилищ подразумевается их разрушение в
результате проявления комплекса экзогенных геологических процессов (переработка
берегов, оползни, осыпи, обвалы, оврагообразование и т.п.), обусловленных созданием и
эксплуатацией водохранилищ [Бондарик, 2007]. Методы и результаты прогнозирования
именно переработки берегов рассматриваются в этой главе.
В разделе 4.1 представлен обзор методов прогноза переработки берегов,
классификация методов по различным критериям, а также перечень универсальных методов
прогнозирования переработки берегов водохранилищ, в систематизации по принципам и
срокам прогнозирования и некоторые особенности каждого из методов (таблица 4.1
19
диссертации). В настоящее время существует более 20 методов прогноза переработки
берегов. Большинство из них появились в 40–50-е годы XX века, в период бурного
гидроэнергетического строительства в СССР [Бондарик, 2007]. Однако в ведомственных
«Методических рекомендациях по прогнозированию переформирования берегов
водохранилищ» [Методические рекомендации…, 1975] в качестве основных методов
прогноза предусмотрено использование методов Г.С. Золотарева и Е.Г. Качугина.
Метод
Золотарева
относится
к
методу
инженерно-геологических
(геоморфологических) аналогий, обеспечивающий прогноз переработки берега на 10 летний
срок и на конечную стадию переработки. Под конечной стадией подразумевается такое
состояние берега, когда процесс выработки нового склона в основном будет закончен. Этот
графико-аналитический метод основан на построении профилей прогноза с использованием
величин углов наклона отмели, пляжа и устойчивого подводного откоса, изменяющихся в
зависимости от состава и свойств пород, слагающих берег водохранилища. В зависимости
от типа прибрежной отмели и характеристики пород, слагающих подводный береговой
склон, каждая часть прогнозируемого берега проводится под определенным углом.
Метод Качугина относится к энергетическим методам, обеспечивает прогноз на любой
срок и основан на следующих положениях: в переработке берега участвуют волны всех
высот и общий объем размытых пород пропорционален суммарной энергии волн в данном
месте; интенсивность процесса переработки зависит от сопротивления пород размыву и
высоты берега; процесс переработки затухает во времени по мере выработки профиля
прибрежной отмели.
В разделах 4.2 и 4.3 произведен прогноз переработки берегов Красноярского и
Новосибирского водохранилищ на 10, 20 и 30 лет вперед. В разделе пошагово описан
процесс расчетов прогноза для каждого из выбранных участков. Приведены
соответствующие формулы, графики, таблицы с исходными данными и полученными
результатами. Представлены карты-схемы с расположением каждого участка, ближайших
метеостанций и подробные планы участков, отображающие наличие инфраструктуры, а
также современное и прошлое положение береговой линии. Приведены таблицы
повторяемости ветра по скоростям и направлениям для активных румбов по данным
ближайших к прогнозируемым участкам метеостанций. Подробно обоснован выбор
исходных данных и их достоверность. Для каждого участка рассчитаны средняя суммарная
энергия волн за сезон открытой воды (тонн∙метры/год), параметры волн в расчетной точке,
разгоны волн по активным румбам, средняя продолжительность действия ветра по
скоростям и активным румбам. Результаты прогнозов представлены в табличном и
графическом видах.
Задача прогнозирования должна решаться в первую очередь для тех участков, где
разрушение берегов все еще продолжается, а также прогноз должен носить целевой
характер. Исходя из указанных выше соображений и на основе результатов полевого
обследования берегов исследуемых водохранилищ, для прогнозирования были выбраны
соответствующие участки побережья. Опираясь на результаты анализа существующих
методов прогноза, изложенные в разделе 4.1, для прогнозирования переработки берегов
исследуемых водохранилищ на выбранных участках, был использован метод Е.Г. Качугина
20
(см. формулу 4.1 в тексте диссертации).
Результаты проделанной работы по прогнозированию переработки берега для
выбранных участков побережий Красноярского и Новосибирского водохранилищ сведены
в таблице 6.
Таблица 6 – Результаты прогноза переработки берега на некоторых участков побережий
Красноярского и Новосибирского водохранилищ методом Качугина
Участок
побережья
Участок 3 –
п. Куртак
Участок 2 –
п. Приморск
Участок 1 –
в районе
с. Советская
Хакасия
Прогноз Суммарная
отступания энергия
Отступание
Коэффициент
бровки
волн за Высота
бровки берега
размываемости
берега (м)
сезон
клифа, Тип грунта
за время
грунта (Kр),
на период, открытой
м
эксплуатации
м³/тм
лет:
воды,
водохранилища
т∙м/год
10 20 30
Красноярское водохранилище
лессовидные
54 124 180 111 038,08
32
суглинки,
0,00356
368
супеси
плотные
15 27 39 63 323,70
14
0,00072
150
суглинки
3,5 11 13
25 595,91
8
Участок 2 –
на окраине
г. Бердск
32 61 88 105 752,75
Участок 3 –
п.г.т.
Ордынское
11 20 29
плотные
суглинки
Новосибирское водохранилище
лессовидные
20 236,81
4
суглинки,
супеси
Участок 1 –
с. Сосновка
15 22
10
37 941,95
0,00072
менее 20
0,00356
330
19
песок
глинистый
0,00172
105
7
песок среднезернистый с
прослоями
супесей
0,00197
95
В разделе 4.4 представлены выводы по результатам прогнозирования. Из таблицы 6
видна связь темпов и объемов переработки берега на участках с их инженерногеологическими условиями и мощностью гидродинамических (волновых) воздействий.
Следует отметить, что прогнозируемые значения переработки берега хорошо согласуются с
общими тенденциями его развития за весь период эксплуатации водохранилищ в пределах
пяти прогнозируемых участков. Выбивается из общей картины участок в районе с. Сосновка
Новосибирского водохранилища. По данным прогноза средняя скорость отступания бровки
берега здесь составляет 8 м за 10 лет, что и понятно, т.к. волновая нагрузка на берег
незначительна. А по данным натурных наблюдений 2010-2012 гг. реальное отступание
берега здесь 5-7 м/год. Это связано со свойствами слагающих берег пород, которые
обладают высокой пористостью и низкой степенью устойчивости к размоканию, что даже
при слабом волнении приводит к интенсивному разрушению, просадкам и значительному
отступанию бровки берега. Это является ярким примером того, что помимо волновой
21
деятельности значительная доля в разрушении берегов принадлежит экзогенным
геологическим процессам.
Заключение
Достигнута цель диссертационной работы, исследованы процессы осадконакопления
в котловинах водохранилищ равнинного (Новосибирское) и предгорного (Красноярское)
типа, произведена оценка изменений рельефа дна и берегов исследуемых водохранилищ под
влиянием природно-климатических факторов за время их эксплуатации. Решены
поставленные задачи и сформулированы ключевые выводы.
Изучены особенности осадконакопления в ложе водохранилищ в современную фазу
развития водоемов с использованием единого современного методического и
технологического подхода.
На основе разновременного картографического материала, данных дистанционного
зондирования и современных полевых исследований созданы цифровые модели рельефа
(ЦМР) как современного состояния дна и прибрежной полосы Красноярского и
Новосибирского водохранилищ, так и на период первых годов их эксплуатации в масштабе
1:25 000. На основе построенных ЦМР дана оценка интенсивности процессов
осадконакопления, рассчитаны современные морфометрические параметры Красноярского
и Новосибирского водохранилищ и оценены тенденции изменений этих параметров за
многолетний период эксплуатации водоемов. В частности были рассчитаны следующие
параметры: объемы и площади зеркала при разных уровнях воды, площади и периметры
островов, средние и максимальные значения глубины, длины и ширины водоемов, получена
современная конфигурация протяженность и изрезанность береговой линии и др.
Выявлено, что за время эксплуатации морфометрические параметры водохранилищ в
значительной мере изменяются, характер этих изменений зависит от комплекса
взаимодействующих процессов и условий. В количественном отношении эти изменения на
равнинном Новосибирском водохранилище значительно больше, чем на предгорном
Красноярском. В качественном отношении характер этих изменений практически
идентичен: на обоих водохранилищах уменьшились объемы при отметках НПУ и УМО,
увеличились площади зеркала при НПУ и прибрежных отмелей, уменьшилось количество,
но увеличилась общая площадь островов, сократилась длина береговой линии и пр.
Уточнены характеристики динамики рельефа котловин водохранилищ по результатам
экспедиционных исследований, на основе картографического материала, данных
дистанционного зондирования, а также методов математического моделирования и ГИС.
Установлено, что доля речного стока в осадконакоплении водохранилищ составляет 50 %,
однако речные наносы оседают в большей мере в зоне выклинивания подпора
водохранилищ и в речных заливах. Доля от разрушения берегов в осадконакоплении
водохранилищ составляет 50 %, однако твердый материал от разрушения берегов идет в
основном на формирование пляжей и прибрежных отмелей. Поэтому основные изменения
рельефа происходят именно в этих частях котловин как предгорного, так и равнинного типа
водохранилищ. Как в Новосибирском, так и Красноярском водохранилищах накопление
твердого стока образующих водоемы рек происходит, главным образом, в области
преимущественно флювиального морфолитогенеза (зона выклинивания подпора), причем
22
значительная часть этого материала расходуется на образование новых островов и
выдвижение береговой линии.
Распределение площадей размытых территорий и площадей аккумулятивных
образований по основным обстановкам рельефообразования и осадконакопления на берегах
Новосибирского и Красноярского водохранилищ происходит не равномерно, наибольший
размыв прибрежных территорий происходит в наиболее широких частях водохранилищ
(область преимущественно волнового морфолитогененза), а основная аккумуляция в зоне
выклинивания подпора.
Произведена оценка масштабов переформирования берегов предгорного
Красноярского и равнинного Новосибирского водохранилищ, описаны основные типы
берегов и развитие экзогенных геологических процессов в береговой зоне исследуемых
водохранилищ на современном этапе их эксплуатации. Наблюдается затухание процессов
переработки берегов и их постепенная стабилизация. Это явление обусловлено процессом
постепенной адаптации берегов к действующим деструктивным факторам. Скорость этого
затухания для разных участков берега не одинакова и зависит от местных условий. В
настоящий момент на обоих водохранилищах существуют участки, где разрушение берегов
продолжается, до сих пор активны старые и возникают новые оползни и другие
геодинамические явления, но масштаб в пространстве и во времени этих процессов
существенно меньше, чем в первые годы существования водохранилищ.
Методом Качугина произведен прогноз развития берегового профиля на 10, 20 и 30
лет вперед для наиболее интенсивно разрушающихся участков берега Красноярского и
Новосибирского водохранилищ.
Прогноз развития берегового профиля для наиболее интенсивно разрушающихся
участков берега и оценка изменения состояния берегов за время эксплуатации
водохранилищ, на основе натурных измерений, позволили подтвердить, что в разрушении
берегов водохранилищ, помимо волновой деятельности, большую роль играют экзогенные
геологические процессы (овражная деятельность, оползни, просадки и пр.) и колебание
уровня водоема. Активизация процессов разрушения берегов может быть вызвана, прежде
всего, форсировкой уровня водохранилищ. Поэтому, с точки зрения устойчивости берегов,
необходимо сохранять существующий уровенный режим водоемов.
По результатам прогноза ярким примером преобладания геодинамических процессов
в переработке берега над волновой деятельностью является участок берега в пределах
с. Сосновка Новосибирского водохранилища. Жилые дома с. Сосновка находятся в 30-40 м
от бровки берега. В 2013 г. по результатам проведенного нами мониторинга в 2010-2012 гг.
в пределах территории села на протяжении 2.7 км был выполнен комплекс берегозащитных
мероприятий.
Представляется необходимым продолжение гидрологических и геоморфологических
исследований водохранилищ в будущем. Информация, полученная в результате таких
исследований, может послужить не только для решения конкретных социальных,
экономических и экологических проблем уже существующих искусственных водоемов, но
и оказаться полезной при создании новых водохранилищ. Поскольку исследования и
мониторинг водохранилищ не является исключительно инженерно-технической задачей, то
23
в этой работе необходимо участие и со стороны научного сообщества.
Список публикаций по теме диссертации
Статьи в рецензируемых изданиях по списку ВАК РФ:
1. Федорова Е.А. Накопление осадков в котловине крупного равнинного водохранилища /
Е.А. Федорова, К.В. Марусин, А.Ш. Хабидов // Проблемы региональной экологии. – 2010. – №4. –
С. 33-38.
2. Хабидов А.Ш. Развитие рельефа области флювиального морфолитогенеза крупного
равнинного водохранилища равнинного типа / А.Ш. Хабидов, Е.А. Федорова, К.В. Марусин //
Известия Алтайского государственного университета. – 2010. – 3/1 (67). – С. 129-132.
3. Хабидов А.Ш. Многолетняя изменчивость морфометрических характеристик чаши
Новосибирского водохранилища / А.Ш. Хабидов, Е.А. Федорова, К.В. Марусин // Геоморфология.
– 2011. – № 2. – С. 49-54.
4. Хабидов А.Ш. Организация мониторинга береговой зоны и дна Новосибирского
водохранилища / А.Ш. Хабидов, К.В. Марусин, Е.А. Федорова, А.Л. Хомчановский, А.А. Лыгин,
Ан.А. Лыгин // Известия Алтайского государственного университета. – 2012. – № 3/1 (75). – С. 142146.
5. Хабидов А.Ш. Береговая зона крупных водохранилищ (Ст. 2. Строение осадочных толщ
береговой зоны сибирских водохранилищ) / А.Ш. Хабидов, Л.А. Жиндарев, Е.А. Фёдорова, К.В.
Марусин // Геоморфология. – 2014. – № 3. – С. 23-29.
Статьи и тезисы в научных сборниках и трудах конференций:
6. Хабидов А.Ш. Динамические обстановки рельефообразования котловин и береговой зоны
крупных водохранилищ: механизмы дифференциации, особенности и пространственно-временная
изменчивость / А.Ш. Хабидов, В.М. Савкин, А.К. Тризно, К.В. Марусин, Е.А. Федорова // Труды
международной научно-практической конференции «Рельеф и природопользование предгорных и
низкогорных территорий», Барнаул, 3-7 октября 2005 г. – Барнаул: Изд-во Алт. гос. университета,
2005. – С. 321-325.
7. Марусин К.В. Применение данных дистанционного зондирования и геоинформационных
технологий для анализа современного состояния и динамики береговой зоны водохранилища / К.В.
Марусин, Н.М. Ковалевская, Е.А. Федорова, М.С. Порозова // ГЕО-Сибирь-2008. Т.3.
Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды,
геоэкология. Ч.2.: сб. матер. IV Междунар. научн. Конгресса «ГЕО-Сибирь-2008», 22 – 24 апреля
2008 г., Новосибирск: СГГА, 2008. – С. 141-146.
8. Федорова Е.А. Динамика изменения берегов Новосибирского водохранилища и влияние
абразии на состояние некоторых компонентов окружающей среды / Е.А. Федорова // Проблемы
географии Урала и сопредельных территорий: Материалы III межрегиональной научнопрактической конференции (Челябинск, 15-17 мая 2008 г.). – Челябинск: АБРИС, 2008. – С. 93-96.
9. Федорова Е.А. Изменение морфометрических характеристик Новосибирского
водохранилища за 50-ти летний период эксплуатации / Е.А. Федорова, К.В. Марусин, А.Ш. Хабидов
// Геоморфологические процессы и их прикладные аспекты. VI Щукинские чтения: Труды
Всероссийской конференции («VI Щукинские чтения») «Геоморфологические процессы и их
прикладные аспекты», Москва 18-21 мая 2010 г. – М.: Географический факультет МГУ, 2010. – С.
375-376.
10. Fedorova, E. Remote and cartographical techniques for estimation of coastal erosion rate in seas
and inland water bodies / E. Fedorova, E. Sviridova, K. Marusin, A. Khabidov // Proceedings of the 2nd
International Conference (school) on the Dynamics of Coastal Zone of Non-Tidal Seas (school-seminar),
Baltiysk (Kaliningrad Oblast, Russia), 27-30 June 2010. – Kaliningrad: Terra Baltica, 2010. – P. 82-84.
11. Федорова Е.А. Динамика берегов Новосибирского водохранилища за пятидесятилетний
период эксплуатации / Е.А. Федорова, К.В. Марусин, А.Ш. Хабидов // XXIII Международная
береговая конференция «Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи
современности»: Материалы конф, Санкт-Петербург, 7-10 октября 2010 г. – СПб: Изд-во РГГМУ,
2010. – С. 262-263.
24
12. Федорова Е.А. Влияние метеорологических данных на результаты расчетов
вдольберегового потока наносов / Е.А. Федорова, К.В. Марусин // Морские берега – эволюция,
экология, экономика: Матер. XXIV Международной береговой конференции, посвященной 60летию со дня основания Рабочей группы «Морские берега» (Туапсе, 1–6 октября 2012 г.): в 2 т. /
Редакционная коллегия: Л.А. Жиндарев (отв. редактор), Ю.А. Леднова (зам. отв. редактора), Г.Г.
Гогоберидзе, Е.А. Яйли, М.С. Аракелов, С.А. Мерзаканов. – Краснодар: Издательский Дом – Юг. Т.
1. – 2012. – С. 338-345.
13. Fedorova, E. The influence of meteorological data on calculation of longshore sediment
transport / E. Fedorova, K. Marusin // Baltic International Symposium (BALTIC), 2012 IEEE/OES –
Topic(s): Communication, Networking & Broadcasting; Components, Circuits, Devices & Systems;
Computing & Processing (Hardware/Software); Fields, Waves & Electromagnetics; Geoscience; Power,
Energy & Industry Applications; Robotics & Control Systems; Signal Processing & Analysis Digital Object
Identifier: 10.1109 / BALTIC. 2012.6249191 Publication Year: 2012, Page(s): 1 – 5 IEEE CONFERENCE
PUBLICATIONS.
14. Федорова Е.А. Методы мониторинга береговой зоны водохранилищ / Е.А. Федорова,
А.Ш. Хабидов, К.В. Марусин // Географические исследования молодых ученых в регионах Азии:
материалы молодежной конференции с международным участием (Барнаул – Белокуриха, 20-24
ноября 2012 г.) / Ред. О.В. Останин, Н.Ф. Харламова. – Барнаул: ООО «Алтай-Циклон», 2012. – С.
218-219.
15. Fedorova, E. Spatial Variation of Grain-Size Composition of Artifical Beach at the Novosibirsk
Reservoir / E. Fedorova // Geomorphology and sustainability Abstracts Volume of 8th IAG International
Conference (IAG) on Geomorphology – August 27th to 31st, 2013. / Tome 2: S18-S27. – P. 901.
16. Khabidov, A. Multiannual Variability of Novosibirsk Reservoir's Morphometry / A. Khabidov,
E. Fedorova, K. Marusin, A. Khomchanovskii // Geomorphology and sustainability Abstracts Volume of
8th IAG International Conference (IAG) on Geomorphology – August 27th to 31st, 2013. / Tome 1: S1S17. – P. 562.
17. Азаров Б.Ф. Использование наземного лазерного сканирования для обследования
состояния берегов Красноярского водохранилища / Б.Ф. Азаров, Е.А. Федорова // Геопрофи. – 2014.
– №1. – С. 46-52.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа