10903

Решающими факторами, определяющими характер развития процесса, являются льдонасыщенность вечномерзлых грунтов, их просадочность при оттаивании, глубина залегания льдистого горизонта и его мощность.

Натурные данные о процессе имеются применительно к термокарстовым озерам. Например, Институтом мерзлотоведения СО РАН велись наблюдения за термокарстовым озером на Лено-Амгинском междуречье. Верхняя часть геологического разреза в районе озера на глубину около 25 м представлена сильнольдистой суглиносто-супесчаной толщей с прослоями мелкого песка, содержит повторно-жильные льды. В середине озера со льда была пробурена наблюдательная скважина глубиной 25 м. В конце марта 1989 г. глубина воды в озере была 1,7 м, озеро до дна не промерзло, глубина талика составляла 5 м. В последующем скорость оседания дна озера наблюдалась около 0,5 м/год (рис. 16.18) [82]. В свое время натурно-расчетным анализом было выяснено, что котловина глубиной 20 м термокарстового озера Сырдах в Центральной Якутии образовалась в 60-метровом слое льдистой супеси за 1000 лет [157; 587; 638]Материалы наблюдений ценны для случаев, когда термокарстовые озера могут выступать аналогами водохранилищ.

Натурные исследования оседания ложа эксплуатируемых водохранилищ гидроэлектростанций осложняются тем, что ни на одном из них в проектный период не были проведены инженерные изыскания в необходимом объеме.

В зоне затопления Усть-Хантайского водохранилища из-за отсутствия населенных пунктов и промышленных месторождений полезных ископаемых проведение инженерно-геологических и мерзлотных исследований было оценено как не имеющее практического значения. В связи с этим не построены специализированные инженерно-геологические карты зон затопления и подтопления, не выявлено распространение вечномерзлых пород, не изучен температурный режим горных пород, слагающих чашу водохранилища, не организована сеть наблюдений за переформированием ложа и берегов [327; 455]. В 1989 – 1990 гг. тепловое оседание ложа Усть-Хантай- ского водохранилища измерили на эталонном участке площадью 350 км2. Сравнивали топографические планы донного рельефа масштаба 1:25 000 на год начала заполнения и через 20 лет. Последний строился по материалам промеров глубин эхолотом с катера на профилях через 500 м. Сравнением профилей 1970 г. и 1990 г. было засвидетельствовано уменьшение отметок

20

дна водохранилища в среднем на 3 м при полном оттаивании вечномерзлых рыхлых высокольдистых грунтов четвертичного периода в основании водохранилища [456].

По Курейскому водохранилищу к 1990 г., когда оно было наполнено

ишла эксплуатация ГЭС, имелась только карта масштаба 1:25 000, а намеченные планы по изысканиям ложа и берегов не были осуществлены. По другим построенным водохранилищам ГЭС криолитозоны также ограничились планами. В подобных обстоятельствах возможна только косвенная оценка пределов термокарстового оседания ложа водохранилищ. И понятно, что с опорой лишь на косвенные данные трудно продвинуться дальше приблизительных результатов.

За последние годы в ННГАСУ для математического анализа температурного режима основания и бортов долин рек в криолитозоне после создания водохранилищ разработаны современные многофакторные детерминированные двух- и трехмерные численные модели [153; 154; 165; 166; 167; 576; 692], отражающие рельеф дна и берегов долины, учитывающие криогенное строение грунтов, климатические, гидрологические факторы, имитирующие процесс деградации вечной мерзлоты с подвижкой ее нижней границы и тепловой осадкой ложа водохранилища.

Путем совмещения результатов изысканий, выполненных ВНИИГом им. Веденеева, и численных расчетов ННГАСУ удалось впервые получить достоверные количественные натурно-теоретические данные о трансформации чаши малого (Анадырского) водохранища в криолитозоне за многолетний период эксплуатации [152].

Анадырское водохранилище находится на востоке Чукотского автономного округа у г. Анадыря на берегу Анадырского лимана Берингова моря. Впервые заполнено в 1960 г. до отметки 7,8 м БС, после постройки новой плотины НПУ в 1986 г. повышен до 13,75 м БС (табл. 16.3).

Климат района континентально-морской со среднегодовой температурой воздуха – 7,7 °С. Долина р. Казачки, в которой образовано водохранилище, характерна пологонаклонным равнинно-холмистым тундровым рельефом (см. рис. В.4), занята сплошной вечной мерзлотой мощностью до 90 – 150 м. Коренные породы перекрыты четвертичными отложениями из глин, суглинков, супесей, песков с галькой и гравием общей мощностью до 8 – 10 м, отличающимися высокой льдистостью за счет текстурообразующего льда

иего мономинеральных залежей, которая часто превосходит 70% объема. Среднегодовая температура вечномерзлых пород на десятиметровой

21

глубине затухания годовых колебаний −4,5…−5,8 °С. Глубина сезонного оттаивания 1,4 м [324].

В 2008 г. ВНИИГом им. Б.Е. Веденеева было проведено эхолотное профилирование дна водохранилища, откорректированы проектный план (рис. 16.19), поперечные разрезы (рис. 16.20). Отмечено, что основание водохранилища подвержено термокарстовому процессу, формирующему дноуглубление. Берегопереформирование при слабой волновой активности и амплитуде колебания уровня воды, не превышавшей 0,3 м в 2002 – 2008 гг., незначительно: протяженность термоабразионных участков 0,5 км, термокарстовых с всплывающими торфяниками – 1,2 км. Размытый пылевато-суглини- стый грунт берегов, аккумулируясь на переуглублениях дна, несколько компенсировал увеличение глубин водохранилища [324].

Таблица 16.3

Фактические и прогнозные морфометрические характеристики Анадырского водохранилища

В ННГАСУ посредством математического моделирования по вертикальным разрезам [166 ; 167] исследован температурно-криогенный режим грунтов долины р. Казачки с водохранилищем [152] за периоды 1960 – 1986 гг. при УВБ = 7,8 м, 1986 – 2008 гг. и далее до 2030 г. при НПУ = 13,75 м и неизменных климатических условиях. Из результатов моделирования последовало, что к 2008 г. (после 48 лет эксплуатации) под водохранилищем образовался несквозной талик глубиной около 11,5 м, рост которого к 2030 г. приведет к увеличению его глубины до 13,4 м. Примерно к 2000 г.

22

Рис. 16.19. План дна Анадырского водохранилища. ВНИИГ, 2008 г.

Рис. 16.20. Геологические разрезы. Анадырское водохранилище. ВНИИГ,

2008 г.

23

Рис. 16.21. А. Проектный на 1960 г., натурный на 2008 г., расчетный на 2008 г. и прогнозный на 2030 г. профили дна Анадырского водохранилища. Разрез 1 – 1

Рис. 16.21 Б. Проектный на 1960 г., натурный на 2008 г., расчетный на 2008 г. и прогнозный на 2030 г. профили дна Анадырского водохранилища. Разрез 2 – 2

24

завершилось протаивание льдистых (просадочных) четвертичных отложений, талик заглубился в малольдистые морские глины и суглинки, дальнейшая тепловая осадка ложа водохранилища почти прекратилась. На рис. 16.21 А, Б нанесены профили дна водохранилища в разрезах 1 – 1, 2 – 2, построенные по проектному топоплану на 1960 г.; определенные натурной съемкой ВНИИГа на 2008 г.; полученные расчетом на 2008 г.; прогнозные на 2030 г., причем на двух последних (полученных расчетом) объем аккумуляции продуктов разрушения берегов за малостью и неопределенностью не показан. При глазомерном сопоставлении профилей можно заметить, что расчетное положение дна водохранилища на 2008 г. ниже проектного, а по съемке ВНИИГ 2008 г. ниже расчетного (за исключением русла, где скопились наносы, неучтенные расчетом). При этом расхождения расчетных и натурных профилей 2008 г. несущественны, что указывает на достоверность моделирования.

За счет тепловой осадки ложа в период 1986 – 2008 гг. полный объем водохранилища увеличился с 6,19 млн м3 до 7,23 – 7,36 млн м3, т.е. на 16,8

– 18,9 %, а к 2030 г. возрастет до 7,55 млн м3 – на 21,9 % против проектного

(см. табл. 16.3).

С топопланов 1986 и 2008 гг. вычленены и совмещены на рис. 16.22 линии урезов водохранилища.

Рис. 16.22. Совмещенные проектный на 1986 г. и натурный на 2008 г. планы урезов воды Анадырского водохранилища при НПУ = 13,75 м БС

Сопоставление показало, что за 22 года урез местами переместился вглубь суши за счет переработки участков термоабразионных и

25

термокарстовых берегов, местами – вглубь акватории вследствие образования биогенной (торфянистой) суши на заболоченных участках, и было выявлено увеличение длины береговой линии на 16,9 % при уменьшении площади зеркала водохранилища на 1,34 % (см. табл. 16.3).

16.4.Описание процессов переформирования мерзлых берегов водохранилищ

В общей типизации (см. раздел 14.3.), выделена генетическая группа термоабразионных берегов водохранилищ области вечной мерзлоты. Группа объединяет генетические типы берегов, обособленные согласно ведущего берегового процесса:

•термоабразионные – берега, переформировывающиеся под совместным воздействием тепловой и механической (волновой) энергии воды;

•термокарстовые – берега, переформировывающиеся преимущественно вследствие оттаивания и тепловой осадки льдистых пород;

•термоденудационные – берега, переформировывающиеся вследствие оттаивания и разрушения надводного уступа.

УУсть-Хантайского водохранилища выявлены берега (рис. 16.23): эрозионные, преимущественно на подпорах рек; термоабразионные с наличием визуально наблюдаемых явлений процесса термоабразии – уступов, ниш, оседания поверхности, термокарста; подтопленные низменные и заболоченные (рис. 16.24); подверженные морозному выветриванию [327].

Проектом Курейского водохранилища определены по его периметру 26 участков мерзлых песчаных берегов длиной от 500 до 2 500 м, отнесенных к термоабразионному типу.

Берега Вилюйского водохранилища (рис. 16.25) в зоне колебания уровня воды большей частью сложены маломощными четвертичными отложениями элювиально-делювиального происхождения, подстилаемыми коренными породами [277] (рис. 16.26), имеют уклон от 5 – 10° до 15 – 20°. Выделяются: скальные (рис. 16.27), нейтральные, аккумулятивные (см. рис. 14.14), биогенные, термоденудационные, термоабразионные (рис. 16.28), термокарстовые (рис. 16.29) берега [90].

На Усть-Среднеканском водохранилище изысканиями института Ленгидропроект выявлены типы берегов: абразионно-денудационные, термоабразионные с уклоном от 2° до 15° и круче, эрозионные унаследованные,

26

Рис. 16.23. Схематический план типов берегов Усть-Хантайского водохранилища по состоянию на 1976 – 1978 гг.:

геологическое строение: 1 – современные озерно-болотные отложения: торф средней мощностью 2,1 м, супеси, суглинки с прослоями торфа мощностью 0,5 м; 2 – верхнечетвертичные озерно-аллювиальные отложения: ленточные глины, суглинки, супеси, пески мощностью 4,0 м; 3 – верхнечетвертичные ледниковые и водно-ледниковые отложения: валунные суглинки, пески мощностью 8,0 м; 4 – нижнеордовикские отложения: доломитизированные известняки с прослоями мергелей; 5 – верхнекембрийские отложения: известняки, доломиты; 6 – триасовые интрузии: дайки и силы долеритов; типы берегов: 7 – эрозионные (27 км); 8 – термоабразионные (221 км); 9 – подтопленные (599 км); 10 – подверженные морозному выветриванию (147,0 км); 11 – искусственные (5,1 км);

прочие знаки: 12 – линия берега; 13 –стратиграфическая граница [327]

Рис. 16.24. Мелководья Усть-Хантайского водохранилища с низменными берегами и видимыми проявлениями термокарста. 2005 г.

27

Рис. 16.25. Схема геологического строения берегов Вилюйского водохранилища [673]

Рис. 16.26. Скальный правый берег в Ахтарандинском расширении Вилюйского водохранилища, прикрытый слоем четвертичных отложений

28

Рис. 16.27. Обрывистый скальный берег Вилюйского водохранилища в районе Кусаганской «трубы»

Рис. 16.28. Термоабразионный левый берег Вилюйского водохранилища в Дуранинском расширении

Рис. 16.29. Термокарстовый провал в левом берегу Вилюйского водохранилища в 5 км ниже устья р. Денкюке. Фото ВНИМС, 1985 г.

29