Процессы современной экзогенной геодинамики на берегах Воткинского водохранилища

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 75

НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2007. №11

УДК 551.435.3

И.Е. Егоров, М.И. Егорова

ПРОЦЕССЫ СОВРЕМЕННОЙ ЭКЗОГЕННОЙ ГЕОДИНАМИКИ НА БЕРЕГАХ ВОТКИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Изложены материалы многолетних полевых стационарных и маршрутных наблюдений на Воткинском водохранилище, характеризующие интенсивность проявления современных процессов переформирования рельефа в береговой зоне.

Ключевые слова: осыпание, обваливание, абразия, водохранилище.

С созданием водохранилища начинается переформирование рельефа его берегов. Начальная форма берегов и береговой зоны вновь созданных водохранилищ не соответствует новым условиям и подвергается воздействию на них водных масс. Абразия инициирует и усиливает целый ряд процессов экзогенной геодинамики, которые ранее не проявлялись или проявлялись сравнительно слабо. Это приводит к интенсивным деформациям в береговой зоне и созданию новых форм берегов.

Берегами водохранилищ чаще всего становятся поверхности или уступы пойменных и надпойменных террас, коренные склоны долин, а иногда искусственные сооружения (дамбы и т.п.). В новых условиях эти берега испытывают все виды воздействия водной среды, прежде всего волнений и течений. При этом изменяются как надводные, так и подводные части склонов. Материалы проведенных ранее наблюдений на камских водохранилищах позволяют выделить несколько стадий развития берегов.

В первую, начальную стадию происходят разрушение и смыв дернового покрова. Ее продолжительность от нескольких недель до года.

Вторая стадия характеризуется интенсивным берегоразрушением: переработкой берегового уступа и образованием абразионной отмели. Скорость отступания бровки берегов, сложенных рыхлыми породами, может составлять несколько десятков метров в год. В зависимости от того, какими породами сложены берега, продолжительность стадии составляет от 4-5 лет (суглинки и глины) до 7-9 лет (пески) [2]. Волны, особенно штормовые, интенсивно размывают коренные склоны котловины. В эту стадию преобладает нормальный к береговой линии перенос продуктов разрушения и формирования береговой отмели.

Третью стадию называют стадией динамического равновесия. В эту стадию не происходит затухания и резкого снижения активности ведущего процесса, но он достигает такой скорости развития, которая соответствует конкретной обстановке его развития (геологическому строению склона, его морфологии, гидрологическому режиму водохранилища и т.п.). После образования береговой отмели происходит выравнивание береговой линии, обыч-

2007. №11

но вначале весьма расчлененной. Большое влияние на формирование берега в этой стадии, помимо волнения, оказывают вдольбереговые течения. Эти течения перемещают продукты разрушения от зон размыва (обычно мысов) к зонам аккумуляции (заливы, бухты) [2; 3].

Разрушение, сползание дернового покрова наблюдается в настоящее время повсеместно на берегах Нижнекамского водохранилища выше уреза воды и при отсутствии непосредственного воздействия волновой деятельности. Эти процессы отмечались нами на всех стационарах от Сарапула до Ка-ракулино. Можно считать, что первая стадия развития берегов успешно развивается и при нынешнем уровне воды в водохранилище, хотя и не так интенсивно, как в случае заполнения его чаши до проектной отметки. На третьей стадии развития находится в настоящее время береговая зона Воткинского водохранилища.

Процессы формирования берегов на различных участках одного и того же водохранилища протекают с различной интенсивностью. Для изучения динамики проявления и характера действующих современных экзогенных процессов в береговой зоне водохранилища, нами проводятся с 2003 г. систематические полевые наблюдения, включающие ежегодную тахеометрическую съемку на береговых стационарах, представляющих разные по морфологии и геологическому строению участки берега и маршрутные обследования береговой зоны как с берега, так и с акватории водохранилища. Маршрутное обследование охватывает береговую зону от с. Камское до д. Костоваты.

Участок берега от с. Камское (устье Белого ручья) на протяжении примерно 3 км сложен преимущественно рыхлыми четвертичными суглинками. Высота берегового уступа сравнительно невысокая и ровная, обычно от 7-8 до 10-12 м, расчлененная висячими устьями временных водотоков. Остальная часть берега (протяженностью около 12 км) сложена преимущественно коренными породами перми - чередующимися слоями алевролитов и песчаников. Здесь высота уступа меняется от нескольких метров до 70-80 м. Выходы рыхлых четвертичных отложений наблюдаются в пределах данного участка только в устьях временных водотоков и нивально-эрозионных цирков, также преимущественно висячих. Значительные по протяженности фрагменты берега сложены пермскими породами не в коренном залегании, а в оползнях.

Наличие висячих устьев ложбин, балок, суходолов, нивальных и ни-вально-эрозионных цирков свидетельствуют об интенсивности отступания береговой линии. Использование данных по морфометрии временных водотоков может позволить в этом случае оценить общий итог отступания берега на каком-либо его участке и определить, хотя бы приближенно среднюю скорость его разрушения (рис. 1).

Рис. 1. Висячие устья ложбин стока на берегах водохранилища

Берега, сложенные аргиллитами, алевролитами, песчаниками обычно представлены высокими обрывистыми склонами, на которых активно развиваются процессы осыпания и обваливания. Крутизна склонов не меняется, и они развиваются путем параллельного отступания. Накопления коллювия у основания склонов не происходит, поскольку весь материал активно перерабатывается волновыми процессами и постепенно заполняет чашу водохранилища. Скорость отступания склонов составляет в среднем 7-10 см. Осыпные процессы проявляются в течение всего года, но их скорость крайне неравномерна. Наибольшую часть материала дает сравнительно короткий промежуток времени - с конца марта до середины мая, когда они резко активизируются, вероятно в связи с колебаниями суточных температур около нулевой отметки (морозное выветривание). Вдоль всего основания склонов в весенний период времени формируется мощная осыпь (рис. 2), высота которой зависит от высоты склона.

Факт формирования осыпи именно в весеннее время подтверждается тем, что под ней залегает снежный покров, содержащий очень небольшие прослойки осыпного материала и лед водохранилища. По нашим подсчетам, отступание склонов за весенний период составляет 5-7 см, то есть около 7075% годового итога. После схода снега и льда на водохранилище волны полностью размывают образовавшуюся осыпь уже к середине июля. В связи с этим можно отметить, что на водохранилище очень высока роль процесса выветривания как фактора формирования берега.

78 И.Е. Егоров, М.И. Егорова

НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2007. №11

Рис. 2. Осыпь у подножия абразионного склона

На берегах, сложенных коренными породами, достаточно активно продолжают развиваться оползневые процессы. Количественно преобладают де-ляпсивные оползни, свободно соскальзывающие к урезу воды, но не всегда достигающие его в течение одного года. Размеры их обычно невелики -шириной до 2,5-3 м, длиной до 12-15 м. Достигшие уреза воды оползни этого типа размываются волновыми процессами в течение одного летнего сезона. Крупные детрузивные оползни образуются гораздо реже. При этом формируются оползневый цирк, ограниченный стенкой срыва, и оползневый блок, имеющий сложный рельеф. Напорный оползневый вал и фронтальная часть оползня начинают интенсивно размываться. По нашим наблюдениям на оползне в районе д. Беркуты, с 2003 г. по 2007 г. уступ оползня отступил на 2 м, при том что сам оползень продолжал постепенно смещаться в сторону акватории и сдвинулся на 8 м. Таким образом, абразионными процессами было размыто и перенесено вглубь акватории около 10 м оползневого тела (при высоте размываемого уступа 3,5-5 м) (рис. 3).

Темпы и направление движения оползня фиксировались по заложенным грунтовым реперам и по изменению расположения деревьев, сохранившихся на оползне.

На изучаемом участке береговой зоны в 2007 г. образовались два новых крупных оползня и большое количество малых, чему способствовали погодные условия - необычно теплая зима, таяние снежного покрова в декабре, что пополнило запасы подземных вод и дополнительно утяжелило грунты к периоду весеннего снеготаяния. Активизация оползневых процессов отмечена также в текущем году и на берегах Нижнекамского водохранилища и на р. Каме.

У

+

+

о $10 15

Рис. 3. Изменение расположения деревьев (отмечено стрелками) и береговой линии в 2003-2007 гг. на оползне в районе д. Беркуты

Учитывая повсеместное и постоянное развитие в береговой зоне осыпания и обваливания, в то время как оползание на склонах, сложенных коренными породами, всегда фрагментарно и охватывает лишь небольшие отрезки береговой линии, можно утверждать, что именно эти процессы являются основными поставщиками материала в водохранилище.

Берега, сложенные рыхлыми четвертичными отложениями разного генезиса, преимущественно суглинистого и супесчаного состава, переформируются более активно. Они параллельно отступают в сторону водораздела со средней скоростью 1,5-2 м/год (рис. 4). Они имеют почти вертикальный клиф, основание которого соответствует уровню стояния воды в водохранилище. 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 подхода 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 [1].

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 не находятся в стадии равновесия и активное

2007. №11

Рис. 4. Отступание берега, сложенного четвертичными отложениями

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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л.: Гидрометео-издат, 1973. 464 с.

2. Печеркин И. А., Печеркин А.И., Каченов В.И. Теоретические основы прогнозирования экзогенных геологических процессов на берегах водохранилищ. Пермь, 1980.

3. Печеркин И.А., Печеркин А.И., Гайнанов Ш.Х. Переработка берегов водохранилищ, сложенных песчано-глинистыми и карбонатными породами. Пермь, 1981г.

Поступила в редакцию 16.10.07

I.E. Egorov, M.I. Egorova

Processes of modern exogenic geodynamics on the coast of Votkinsk storage reservoir

Materials of long-term field stationary and routing supervision on Votkinsk storage reservoir, displays of modern processes of rearrangement of a relief describing intensity in a coastal zone are stated.

Егоров Игорь Евгеньевич Егорова Мария Игоревна

ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет»

426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская,!