АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

12.1. Развитие русловых процессов в условиях зарегулированного режима

Наиболее значительное влияние на русловые процессы оказывают подпорные гидротехнические сооружения (водохранилища различного назначения), которые в настоящее время являются наиболее распространенной формой инженерного регулирования и воздействия на речной поток.

В зависимости от соотношения объема с объемом речного стока водохранилища бывают суточного, недельного, сезонного и многолетнего регулирования.

Водохранилища, осуществляющие сезонное и многолетнее регулирование стока, имеют значительный размах колебаний уровней воды, приводящий к возникновению больших площадей переменного затопления и постоянному изменению контакта водоёма с берегами. На крупных равнинных водохранилищах амплитуда колебаний уровней составляет в среднем 5− 15 м (на водохранилищах Беларуси ― до 5 м), на горных реках достигает нескольких десятков метров. Размеры территорий подтопления составляют от 35 до 90 % площади водохранилища при НПУ.

После создания водохранилищ на реках формируются три основные зоны, с характерными изменениями условий руслоформирования: зона выклинивания подпора, зона собственно водохранилища и зона нижнего бьефа (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Основные зоны водохранилища при зарегулированном (а)

и естественном (б) режимах.

I ― зона выклинивания подпора; II ― зона, непосредственно занятая водохранилищем;

III ― нижний бьеф; IV ― гидрограф стока

В зоне выклинивания подпора I, которая одновременно является и зоной переменного подпора, расходы воды остаются такими же, как в естественных условиях, но проходят при повышенных уровнях. Верхняя граница зоны может перемещаться вверх и вниз по течению в зависимости от величины подпора (колебания уровня). Наиболее низкое положение (ближе всего к плотине) место выклинивания (граница) подпора занимает обычно в начальную фазу половодья, когда водохранилище обычно сильно сработано. По мере наполнения водоема граница подпора перемещается выше по реке. Во время летней межени, когда уровень водохранилища постепенно срабатывается, граница подпора медленно смещается обратно вниз по течению.

Если до создания подпора русло было однорукавным, возможно появление в нем русловой многорукавности. Если на пойме имелись протоки, следует ожидать их полного занесения, усиления отложений ила на поверхности поймы, а также увеличения отложений наносов в русле в результате их выноса с поймы.

В зоне переменного подпора происходит сосредоточенное накопление донных и взвешенных наносов, которые образуют первичное тело заиления, напоминающее дельту реки. Это приводит к развитию регрессивной аккумуляции вверх по течению реки. Протяженность зоны переменного подпора на водохранилищах Волги, Дона, Оби и Днепра превышает 200 км, на крупнейших водохранилищах Беларуси ― до нескольких километров, на водохранилищах горных рек ― сотни метров.

В зоне, непосредственно занятой водохранилищем II, возникают процессы, резко отличные от наблюдавшихся в естественных условиях. В образованной плотиной чаше водохранилища происходят процессы её заиления и занесения, рассмотренные ниже (см. пункт 12.2).

Зона нижнего бьефа III, начинаясь у самой плотины, заканчивается створом, в котором восстанавливаются сток наносов и водный режим. Главная особенность режима стока в этой зоне заключается в его выравнивании: срезается половодье, задерживаемое в водохранилище, сбросы из него приводят к увеличению меженных расходов воды (см. гидрограф IV на рис. 12.1), резко уменьшается сток речных наносов.

В результате уменьшения расхода наносов (часть их откладывается в водохранилище) и увеличения транспортирующей способности потока, происходит усиление его размывающей деятельности. Особенно интенсивно размывается дно непосредственно вблизи турбин и водосливных частей плотины, где находится участок местного размыва. Егоглубина может достигать 10− 20 м на крупных гидроузлах, что представляет значительную угрозу устойчивости сооружения, ухудшают условия водозаборных устройств и т.д. Наибольшему врезанию русла способствуют волны попуска суточного и недельного регулирования, холостые сбросы во время экстремальных половодий и паводков и др.

Наконец, глубина размыва достигает какого-то предела, когда скорости на размываемом участке уменьшатся настолько, что прекратится движение наносов определенной крупности. Это создает так называемую «отмостку» в русле, не допускающую дальнейший размыв в глубину. Процесс отмостки состоит в том, что мелкие частицы грунта вымываются и уносятся потоком, крупные оседают на дне (отмащивают дно), препятствуя его дальнейшему размыву.

На более протяженном участке ниже плотины отмечается общий размыв, который по мере восстановления нагрузки потока наносами постепенно затухает вниз по течению. Длина участка общего размыва ниже плотин может достигать десятков и даже сотен километров на очень больших реках. На Оби от Новосибирской ГЭС общий размыв протягивается до устья Томи, на Енисее ниже Красноярской ГЭС ― до впадения Ангары. На реках, где водохранилища сооружены в низовьях, в зону общего размыва входит участок реки вплоть до устья (Днепр ниже Каховской ГЭС, Волга ниже Волгоградского гидроузла, Дон ниже Цимлянской ГЭС).

Характер деформаций на участке общего размыва в значительной мере зависит от того, какой тип руслового процесса существовал до начала регулирования стока воды. Выравнивание внутригодового распределения стока сопровождается образованием осередков, островов, новой системы разветвлений. Если на пойме были протоки, возможно их отмирание и переход русла от многорукавного к однорукавному и т.д. На меандрирующих реках происходит изменение форм и параметров излучин в соответствии с изменившимися гидравлическими условиями. С течением времени темпы русловых переформирований постепенно затухают.

Из-за срезки расходов и уровней воды водохранилищем значительно уменьшается частота и продолжительность затопления пойм. Всё это вызывает негативные экологические процессы деградации поймы, снижения её биопродуктивности (кормовые луга, рыбное хозяйство). С целью их минимизации из водохранилищ (в ущерб энергетике) осуществляются специальные экологические попуски (Обь, Иртыш, Волга и др.). В Беларуси при составлении водохозяйственных балансов водохранилищ в расходной статье предусмотрена величина экологического попуска в нижний бьеф.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 91011 Следующая ⇒