Оценка темпов абразии на водохранилищах Удмуртии

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 551.435.6

И.Е. Егоров, И.В. Глейзер

ОЦЕНКА ТЕМПОВ АБРАЗИИ НА ВОДОХРАНИЛИЩАХ УДМУРТИИ

Абразионные процессы проявляются на камских водохранилищах в пределах Удмуртии повсеместно. Характер абразионных процессов заметно меняется в зависимости от геологического строения берега, ветрового режима, рельефа подводной и надводной частей береговой зоны и т.д. Дана оценка темпов абразионного берегоразру-шения и роли в этом процессе отдельных факторов.

Ключевые слова: абразия, водохранилище, выветривание.

Абразия представляет собой разрушение берегов действием волн и прибоя. На территории Удмуртии данный процесс активно протекает на берегах Воткинского и Нижнекамского водохранилищ. Абразия не только размывает коренные берега, но и удаляет осыпавшийся, обвалившийся и сползший материал, благодаря чему сохраняется значительная крутизна склонов водохранилищ и поддерживаются высокие темпы склоновых гравитационных процессов. Абразия изменяет не только береговой уступ, но и прибрежную отмель. Кроме этого, абразия активизирует развитие целого ряда других экзогенных процессов, принимающих участие в изменении рельефа береговой зоны водохранилищ.

Абразия проявляется на правом берегу водохранилищ повсеместно. Характер абразионных процессов изменяется в зависимости от скорости и направления ветра, высоты волн, геологического строения берега, наличия разнообразных береговых препятствий, уклона и длины подводного склона до области свала глубин, гидрологического режима водоема, но формы абразионной деятельности всегда остаются примерно одинаковыми. При этом объём размыва не всегда пропорционален энергии ветровых волн, поскольку в формировании берегов, сложенных коренными породами, огромное значение имеют процессы выветривания, подготавливающие горные породы к переносу [1]. Абразия на водохранилищах проявляется через гидравлические удары воды, удары многочисленными обломками и стволами деревьев, приносимыми водой, химическое воздействие воды на берега.

Интенсивность абразии определяется прочностными свойствами пород, вскрывающихся в при-урезовой зоне. В их составе на водохранилищах Удмуртии преобладают коренные пермские алевролиты, мелкозернистые песчаники, плотные глины с линзами алеврита, иногда - конгломераты из гравия и гальки, мергели и известняки. На отдельных участках размываются склоновые делювиальные и делювиально-солифлюкционные суглинки, а также оползни. Весной после таяния на акватории льда размыву подвергаются главным образом осыпные шлейфы, формирующиеся повсеместно у подножий абразионных склонов в марте-апреле.

Наиболее устойчивы к абразионной обработке плотные песчаники и конгломераты. Процесс разрушения берегов, сложенных у уреза трещиноватыми песчаниками, происходит путем выламывания волнами глыб породы по трещинам. Проникая по ним, вода растворяет цемент и ослабляет связь между частицами. Удары волн и обломков пород отрывают от массива мелкие куски песчаника, срезают острые углы и выступы, расширяют пустоты и трещины до размеров ниш и полостей. Образующийся при расцементировании песок идет, главным образом, на формирование прибрежной отмели. Только в песчаниках формируется волноприбойная ниша глубиной в несколько десятков сантиметров и высотой до 1 метра и нависающий клиф. Самая высокая скорость разрушения плотных песчаников наблюдается на уровне уреза воды и до высоты 15-25 см от него и составляет в среднем 3-4 см/год. К верхней части волноприбойной ниши скорость разрушения стенки снижается и на высоте 60-80 см выше уреза воды обычно равна от 5 до 15 мм/год. Вместе с тем можно отметить, что глубокие волноприбойные ниши в песчаниках не формируются. По-видимому, причиной этого является постоянное их увлажнение в при-урезовой части, вызывающее вымывание скрепляющего цемента. Это ослабляет нижнюю часть толщи песчаников и облегчает обрушение клифа. При наличии береговых препятствий скорости размыва заметно снижаются. Это относится к любым абразионным берегам.

Аргиллиты и алевролиты распространены на уровне уреза воды в водохранилищах гораздо шире, чем песчаники. Абразионные процессы протекают здесь более активно, в среднем скорость разрушения берега составляет 25-30 см/год [2]. Плотные аргиллиты и алевролиты разрушаются до щебня. В некоторых случаях в приурезовой части волны выламывают куски породы размером до

15-20 см. В ряде работ, посвященных изучению береговых процессов на камских водохранилищах, отмечается, что скорость размыва аргиллитов и алевролитов может достигать 1-1,5 м/год, а песчаников и известняков - до 0,3-0,5 м/год [1; 3]. Нами на водохранилищах Удмуртии такие высокие темпы разрушения берегов только за счёт их размыва не выявлены. В случаях же обрушения и размыва горных пород они вполне возможны.

Берега, сложенные рыхлыми четвертичными отложениями преимущественно суглинистого и супесчаного состава, подвержены абразии в наибольшей степени. Это объясняется малой механической прочностью суглинков и их способностью к набуханию. Суглинистые берега отступают со средней скоростью 1,5-2 м/год. Они имеют почти вертикальный клиф, основание которого соответствует уровню стояния воды в водохранилище. Надводная часть берегового уступа разрушается путем образования небольших обвалов и осыпей [2]. На суглинистых берегах наблюдается вымывание глинистых частиц даже самыми слабыми волнами, поэтому берегоразрушение происходит и в период штилей при размокании и оплывании абразионного уступа [1].

Быстрее всего на водохранилищах размывается коллювий. Так, шлейфы коллювия, высотой 2-2,5 м и шириной 6-7 м, формирующиеся у подножий склонов в марте-апреле во время сброса воды, размываются всего за две недели после её подъёма.

Близкие к таким же значениям скорости размыва отмечены на свежих оползнях, хотя скорости их переработки увеличиваются до 3 м в год. Вполне очевидно, что скорость абразионного разрушения оползневых тел зависит в первую очередь от их консолидированности.

Темпы абразии, при прочих равных условиях, усиливаются по мере увеличения содержания в воде обломочного материала, играющего роль абразива. Роль абразивного материала играют также стволы деревьев и ветки крупных кустарников, перемещаемых волнами в береговой зоне. Скорость абразии в этом случае заметно усиливается. Валуны песчаника на мелководье и берега, сложенные им, разрушаются со скоростью до 0,5м за год (рис.). Если же стволы деревьев в прибрежной зоне находятся в зафиксированном состоянии, то они выполняют роль береговых препятствий, резко снижающих темпы абразии. В этом случае у подножий абразионных склонов иногда сохраняется даже коллювий. На темпы абразии берегов влияет и состояние поверхности надводных и подводных прибрежных склонов. Покрытые крупными валунами подводные склоны частично гасят волну и уменьшают интенсивность абразии. Наземная растительность, скрепляя корневой системой грунт, увеличивает его сопротивляемость размыву.

Интенсивность волнового воздействия на берега водохранилищ определяется режимом ветров. В безледный период преобладают ветры западных румбов, при которых высокий правый берег образует ветровую тень, поэтому интенсивность волнового воздействия уменьшается. Размеры ветровых волн на водохранилищах зависят от размеров акватории, определяющих длину разгона и характер изменения глубин. Сильное влияние оказывает конфигурация водохранилища в плане, а также высота и изрезан-ность его берегов, поэтому наиболее разрушаемым является участок берега от с. Степаново до дачного поселка Усть-Речка на Воткинском водохранилище. Этот берег открыт частым южным ветрам, которые сильно разгоняются над акваторией водохранилища в направлении от г. Чайковский.

Рис. Влияние стволов деревьев на абразионные процессы: а - следы обработки бревном подножья склона; б - брёвна со следами активной обработки валунами

И.Е. Егоров, И.В. Глейзер

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Очевидно, интенсивность абразии, кроме отмеченных факторов, определяется также углом подхода волн к берегу. При прочих равных условиях скорость разрушения абразионных уступов, находящихся под углом более 45° к ветроопасному направлению, выше.

На обоих водохранилищах 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. Зимой берег и большая часть дна стабилизируются. Исключением являются эпизодические проявления морозного выветривания на оголенных от снега склонах. Безледный период и, как следствие, волновое воздействие на берега водохранилищ продолжаются 200-210 дней в году.

Высота и морфология прибрежных форм рельефа также влияют на процесс формирования берега. Морфология первичного склона является основным условием, определяющим различный результат равного волнового воздействия на одни и те же породы. Выпуклые склоны размываются быстрее, чем вогнутые, причем скорость размыва возрастает с увеличением их крутизны. Пологие берега с уклонами, не превышающими 2-4°, обычно не размываются. С увеличением высоты берега скорость его размыва при прочих равных условиях обычно меньше, чем у крутых, но невысоких берегов, что объясняется образованием у высоких берегов отмели в более короткие сроки.

Наличие прибрежной отмели во многом определяет интенсивность абразии. Скорость и масштабы переработки берега резко возрастают на тех участках, где продукты размыва уносятся вдоль-береговыми течениями. Значительные колебания уровня воды в водохранилищах приводят к тому, что волнения и течения при постепенном его снижении поочередно размывают все более низкие участки берега, которые при более высоком уровне были береговой отмелью, следовательно, формирование отмели задерживается. Таким образом, чем больше амплитуда колебания уровня в период интенсивной волновой деятельности, тем сильнее идет размыв берега. На берегах водохранилищ в пределах Удмуртии преобладают крутые и высокие склоны, а пологие практически отсутствуют. Наиболее крутыми являются склоны, сложенные песчаниками и конгломератами, а склоны, сложенные алевролитами, обычно имеют крутизну 45-60°. На них развиваются процессы осыпания и оползания.

Абразионное разрушение берега активизирует рост не только уже имеющихся эрозионных форм, но и способствует образованию новых. В суглинках, особенно в перигляциальных, со столбчатыми отдельностями, абразия вырабатывает вертикальные обрывы. Снятие сил объемного напряжения вызывает обособление столбчатых отдельностей как в самом обрыве, так и на некотором удалении от бровки. Сформировавшиеся трещины являются хорошими коллекторами снеговых, дождевых вод и предопределяют собой направление и положение будущего оврага. Возникновению оврагов благоприятствует также процесс склоновой эрозии, образующий первичные борозды и промоины на плоскости абразионного уступа. Чаще всего эрозионные формы развиваются на суглинистых берегах. Овражная эрозия способна разрушать не только надводный береговой склон, но и подводную периодически осушаемую прибрежную отмель. Последнее происходит ранней весной, во время сброса воды из водохранилища и осенью. При этом надо отметить, что случаи активного проявления линейной эрозии на водохранилищах единичны и в объеме поступающего материала большой роли, по крайней мере в пределах береговой полосы территории Удмуртии, не играют. Более того, отмечается большое количество подрезанных абразией оврагов и балок, в которых никакой активизации эрозии не наблюдается. Отчасти это объясняется тем, что при наполнении водоема абразия уничтожила значительную часть водосборов временных русловых потоков, а оставшаяся площадь водосбора не обеспечивает эрозионный процесс достаточным количеством воды, способной разрушить образовавшийся ранее дерновый покров [4].

Основная часть продуктов разрушения берега переоткладывается в неширокой прибрежной полосе во время волнений. Граница распространения взвесей в воде четко прослеживается, её ширина составляет 200-250 м.

У берега осаждаются частицы диаметром более 0,1мм, в средней части количество частиц диаметром 0,05 мм составляет более половины. Максимальная мощность отложений наблюдается в основном на расстоянии 100-400 м от берега.

Поступление твердого вещества в водохранилище способствует его заилению и занесению, а это в свою очередь уменьшает объем водохранилища и сокращает срок его полезной службы.

Активного проявления абразионных процессов в настоящее время не наблюдается на берегах других водохранилищ Удмуртии - Ижевском и Воткинском прудах, срок эксплуатации которых около 250 лет. Однако изменение водохозяйственных функций и режима этих водохранилищ, колебания гидрометеорологических условий, усиление антропогенной нагрузки на прибрежные территории и т.п. могут оживить процессы переформирования берегов, в том числе и абразию, даже если они находятся в стадии завершения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Назаров Н.Н. Геодинамика побережий водохранилищ Пермского края. Пермь: Изд-во ЗАО «Полиграфком-плект», 2008. 150 с.

2. Егоров И.Е., Егорова М.И. Современные тенденции изменения береговой зоны Боткинского водохранилища // Бестн. Удм. ун-та. 2008. Сер. Биология. Науки о Земле. Вып. 2. С. 81-87.

3. Печеркин И.А., Печеркин А.И., Гайнанов Ш.Х. Переработка берегов водохранилищ, сложенных песчаноглинистыми и карбонатными породами. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1981. 96 с.

4. Двинских С.А., Печеркин А.И., Лепихин А.П. Влияние водохранилищ на окружающую среду. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1981. 119 с.

Поступила в редакцию 11.03.13

I.E. Egorov, I. V. Gleizer

Assessment of rates of abrasion processes on in the reservoirs in Udmurtia

Abrasion processes become apparent in the Kama and other reservoirs within Udmurtia everywhere. The nature of the abrasion processes noticeably changes depending on a geological structure of the coast, a wind mode, a relief of underwater and surface parts of a coastal zone, etc. We present the rate estimation of the abrasion processes and consider the role of certain factors in these processes.

Keywords: abrasion, reservoir, weathering.

Егоров Игорь Евгеньевич, кандидат географических наук, доцент

Глейзер Игорь Вадимович, кандидат географических наук, доцент

ФГОБУ ВПО «Удмуртский государственный университет» Udmurt State University

426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская,! (корп.4) 426034, Russia, Izhevsk, Universitetskaya st., 1/4

Egorov I.E.,

candidate of geography, associate professor Gleizer I.V.,

candidate of geography, associate professor