Современные тенденции изменения береговой зоны Воткинского водохранилища

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

81

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 2

УДК 551.435.3 И.Е.Егоров, М.И.Егорова

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ВОТКИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Изложены материалы многолетних наблюдений в береговой зоне водохранилища, дающие представление о темпах ее переформирования.

Ключевые слова: водохранилище, береговые процессы, абразия, осыпание, оползание.

Воткинское водохранилище расположено в юго-восточной части Удмуртской Республики. Оно образовано в долине р. Камы и представляет собой довольно узкий со значительной извилистостью берегов водоем общей площадью около 1120 км2 и объемом 9,4 км3 [1]. Строительство плотины было начато в 1955 г., а заполнение водохранилища водой производилось в 1961-1964 гг. Воткинское водохранилище имеет комплексное назначение и используется для гидроэнергетики, судоходства, лесосплава, водоснабжения, рыбного хозяйства и рекреации.

В основном чаша водохранилища расположена на территории Пермского края, на территорию Удмуртской Республики попадает нижняя, припло-тинная его часть протяженностью около 45 км - от устья р. Степановки до плотины. В районе с. Степанова ширина водохранилища около 5 км, ниже, к с. Камскому, оно постепенно расширяется до 9-9,5км, и далее ширина водохранилища не меняется до самой плотины [2;3].

Строительство водохранилищ вызывает значительную активизацию и перестройку разнообразных геоморфологических процессов в зоне его влияния, особенно на береговых склонах. Темпы переформирования склонов водохранилищ обычно высоки и зависят от ряда факторов: геологического строения берегов и дна, первоначального рельефа затопляемой долины и береговой зоны, водного и ледового режима водохранилища, режима работы гидротехнических сооружений, климатических условий, гидрогеологического режима обводненных склонов и т.д. Деформации горных пород на склонах в первую очередь проявляются в образовании оползней, обвалов, осыпей. Изучение динамики развития процессов переформирования склонов необходимо, прежде всего, для оценки и прогноза их устойчивости. Наблюдения за береговыми процессами проводятся нами с 2003 г. на нескольких оборудованных стационарах в разные сезоны года. Кроме того, ежегодно летом детально обследуется береговая зона протяженностью около 15 км с акватории водохранилища. Вся береговая линия фотографируется на цифровой фотоаппарат, и затем проводится сравнение снимков.

Коренные отложения береговой зоны чаши водохранилища представлены верхнепермскими отложениями, которые сформировались в период существования и активного разрушения молодых горных складчатых сооружений Урала за счет их размыва. В этот период на территории Удмуртии преоб-

ладали континентальные условия, периодически сменявшиеся озерными. Верхнепермские отложения отличаются значительной пестротой разреза, широким распространением поверхностей размыва, в том числе неровных, перерывов в осадконакоплении. Они представляют собой ритмически построенную толщу красноцветных континентальных отложений. В основании осадочных ритмов обычно залегают аллювиальные конгломераты и песчаники; вверх по разрезу они сменяются аллювиально-озерными и озерными алевролитами, глинами, мергелями, иногда известняками. Более поздние ритмы залегают на ранних, нередко с резким и неравномерным размывом. Отдельные слои и линзы часто выклиниваются или замещаются на коротких расстояниях (рис. 1).

Рис.1. Типичный разрез верхнепермских отложений

В составе отложений, вскрывающихся в береговой зоне, преобладают серые, зеленовато- и желтовато-серые мелкозернистые песчаники и алевролиты иногда с неясной горизонтальной и косой слоистостью, загипсованные, в разной степени уплотненные, с линзами конгломератов из гравия и гальки. Распространены также коричневые и плотные красновато-коричневые глины, часто с гнездами и линзами голубовато-серого алеврита, серые и светло-серые мергели и известняки. Детальное полевое изучение береговых обнажений затруднено из-за их значительной высоты, нередко превышающих 50 м, активного проявления современных процессов, особенно осыпания и обваливания, и отсутствия сухих присклоновых участков берега. В теплое время года почти вся прибрежная зона недоступна для пеших маршрутных обследований.

Современные тенденции изменения.

83

Четвертичные отложения в районе водохранилища разнообразны по составу и происхождению. Они покрывают в основном тонким чехлом ранее образованные породы, и лишь у подножий пологих склонов их мощность возрастает до 15-20 м. Все четвертичные отложения имеют континентальное происхождение, поэтому для них характерны прерывистое распространение и тесная связь с рельефом. Среди них выделяют образования разных генетических типов: аллювиальные, делювиальные, делювиально-солифлюкционные, оползневые, пролювиальные, осыпные, элювиальные. Четвертичные отложения повсеместно вскрываются по береговой зоне водохранилища (рис. 2).

Рис.2. Участок берега, сложенный четвертичными делювиальными суглинками

Скорость и характер переформирования береговой зоны прямо зависит от характера слагающих берег пород. Наиболее активно разрушается берег, сложенный рыхлыми четвертичными породами - суглинками и супесями, гораздо более устойчивы берега, сложенные прочными скальными породами - песчаниками и конгломератами, особенно если они слагают нижнюю часть склона, подвергающуюся действию волн. В последнем случае абразионные склоны наиболее крутые, почти отвесные (рис. 3). Склоны, сложенные коренными алевролитами, обычно имеют крутизну 55-60°.

Склоны, сложенные рыхлыми четвертичными отложениями, обычно такие же крутые, как и сложенные скальными породами, но крутизна в данном случае определяется быстрым выносом обрушающихся и оползающих

пород и активным быстрым подрезанием волнами подножья абразионного склона. Помимо действия волн, важнейшее значение в развитии склонов имеют процессы выветривания, ведущие к возможности проявления других процессов - осыпания, обваливания, абразии.

Рис.3. Отвесный участок склона берега водохранилища, сложенный

плотными песчаниками

Из современных отложений на водохранилище доминируют осыпные, хотя их распространение крайне неустойчиво и нестабильно из-за волновой деятельности. Крутые склоны уже ранней весной прогреваются, оттаивают и становятся ареной осыпания. Осыпанию способствует многократная смена положительных и отрицательных температур, вызывающих морозное выветривание. Активно протекающий процесс осыпания в весеннее время приводит к формированию больших осыпных шлейфов, которые, как правило, затем полностью размываются водами водохранилища. Высота шлейфов прямо пропорциональна высоте склонов. По нашим наблюдениям, на склонах высотой 40 м высота шлейфа составляет обычно 3,5-4 м. Наиболее активно осыпание развивается в сравнительно короткий промежуток времени - с середины марта до середины апреля. В летнее время процессы осыпания ослабляются, а весь осыпной материал размывается волнами. Осенью скорость осыпания тоже невелика, но наиболее слабо осыпные процессы развиваются зимой, что подтверждают результаты изучения разрезов осыпных отложений, сделанных в весеннее время (рис. 4,5). В разрезах под мощной толщей осыпи сохраняется снежный покров, в составе которого встречаются небольшие прослойки склонового материала, накопившегося в промежутки времени между снегопадами.

Современные тенденции изменения... 85

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 2

Рис.4. Осыпь, накопившаяся по снежному покрову в течение марта-апреля

Рис.5. Общий вид осыпи, накопившейся к середине апреля в нижней части абразионного склона. Высота склона - 35-40 м

Количество этих прослоек и объем накопленного в них материала говорит о том, что обнаженные крутые склоны зимой достаточно стабильны, образование прослоек связано либо с оттепелями, либо с продолжительными промежутками времени между снегопадами. Следует отметить также, что в толще снега прослои минерального вещества не только осыпного происхождения, но и эолового. Дефляцию можно считать одним из ведущих процессов в зимнее время на водохранилище, при этом дальность переноса материала составляет несколько десятков метров. В свою очередь, толща снега залегает на льду водохранилища, что указывает на время накопления всей снежно-осыпной толщи - с начала ледостава. Если считать, что склон осыпается равномерно по всей высоте, то объем коллювия у его подножия позволяет оценить скорость отступания склона. За краткий ранневесенний период склон в среднем отступил на 5-7 см. По нашим данным, полученным на стационарах, за год осыпные склоны отступают на 7-10 см. Таким образом, этот короткий, чуть более месяца, промежуток времени дает не менее 70% всего объема кол-лювия. Зимний период времени по объему поступающего материала не составляет даже 1%. Осыпающийся весной на снег материал нередко увлажняется и в виде солифлюкционных потоков по снежной поверхности стекает вниз. Шлейфы коллювия формируются весной вдоль всей береговой зоны водохранилища (рис. 5), заметно превосходят по объему материала оползни. Оползневые процессы хотя и развиваются достаточно активно в береговой зоне, всегда локализованы, а не повсеместны, значительную их часть составляют небольшие блоковые оползни.

Абразия проявляется на правом берегу Воткинского водохранилища повсеместно. Характер абразионных процессов изменяется в зависимости от геологического строения берега, гидрологического режима водоема, высоты волн, но формы абразионной деятельности всегда остаются примерно одинаковыми.

Берега, сложенные рыхлыми четвертичными отложениями разного генезиса, преимущественно суглинистого и супесчаного состава, подвержены абразии в большей степени. Они параллельно отступают в сторону водораздела со средней скоростью 1,5-2 м/год [2; 3]. Такие берега имеют почти вертикальный клиф, основание которого соответствует уровню стояния воды в водохранилище. Надводная часть берегового уступа разрушается путем образований небольших обвалов и осыпей. Подводная часть прибрежной зоны имеет небольшие углы наклона (около 3°) и довольно широкую полосу мелководья. Профиль подводного рельефа на всем протяжении исследуемого берега остается практически неизменным.

Глубины на подходах к берегам остаются при всех уровнях достаточными для свободного приближения волн, что определяет возможность абразии в течение всего периода открытого водоема. Поэтому длительность безледного периода является важным фактором, определяющим интенсивность и характер переработки берегов. Данный фактор, в частности, связывает интенсивность абразии береговых склонов с географическим положением водоема [4].

На прибрежных склонах создаются благоприятные условия для овражной деятельности. Быстрое смещение берегового уступа в сторону водораз-

Современные тенденции изменения.

87

дела обусловливает наличие висячих устьев ранее существовавших оврагов. Высота этих устьев над урезом воды может колебаться от 0,2 до 20 м. И чем дальше отступает берег, тем сильнее перепад высот, что способствует возрастанию скорости движения воды, увеличению угла падения тальвега и, как следствие, активизации эрозии.

Овражная эрозия разрушает не только надводный береговой склон, но и подводную прибрежную отмель. Последнее происходит ранней весной, во время сброса воды на водохранилище.

Обращает на себя внимание тот факт, что почти на всем берегу водохранилища отсутствуют пляжи - надводные части современной береговой зоны. Эти формы рельефа в настоящее время встречаются только в устьях малых рек, крупных балок и нивально-эрозионных цирков, впадающих в водохранилище. Это свидетельствует, на наш взгляд, о том, что процессы денудации и аккумуляции еще не находятся в стадии равновесия и активное переформирование берегов будет продолжаться еще длительное время. Во время сниженных уровней размывается внешний край береговой отмели, образованный при более высоких уровнях, а материал переоткладывается на большие глубины или поступает во вдольбереговой поток наносов и заполняет заливы и бухты. В результате процесс развития отмели в целом замедляется, а время относительной стабилизации новых береговых форм отдаляется.

Хотя Воткинское водохранилище создано немногим более 50 лет назад, береговые процессы на нем продолжают динамично развиваться, следует ожидать сохранения прежних темпов развития как минимум ближайшие десятилетия.

Вместе с тем экзогенные процессы по берегам водохранилищ создают своеобразные формы рельефа. Многочисленные обнажения, крутые уступы, небольшие пляжи являются весьма привлекательными в эстетическом отношении. И поэтому береговая зона водохранилища, на наш взгляд, должна служить объектом оздоровительного, познавательного, водного и других видов туризма.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авакян А.Б. Водохранилища / А.Б. Авакян, В.П. Салтанкин, В.А. Шарапов.

- М.: Мысль, 1987. - 146 с.

2. Егоров И.Е. Процессы современной экзогенной геодинамики на берегах Воткин-ского водохранилища / И.Е. Егоров, М.И. Егорова // Вестн. Удм. ун-та. - 2007. -№11. - С. 75-80.

3. Глейзер И.В. Динамика береговых процессов на Воткинском водохранилище (в пределах Удмуртской Республики) / И. В. Глейзер, И. Е. Егоров, М. И. Егорова // Инженерная геология, гидрогеология и геодинамика прибрежных территорий и ложа водохранилищ. - Пермь, 2008. - С. 33-37.

4. Михайлов В.Н. Общая гидрология / В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский.

- М.: Высш. шк., 1991. - 368 с.

Поступила в редакцию 27.10.08

I. Ye. Yegorov, candidate of geography M.I. Yegorova, postgraduate student

Current Trends of Change of the Coastal Zone of the Votkinsk Water-Storage Basin

The paper presents materials of long-term observations in the coastal zone of the water-storage basin giving an idea of the rates of its rearrangement.

Егоров Игорь Евгеньевич, кандидат географических наук Егорова Мария Игоревна, аспирант ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская,!