CC BY
100
МОРФОДИНАМИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЗОНЫ ВЛИЯНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ АНГАРСКОГО КАСКАДА
Владимир Павлович Ступин
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (3952) 22-12-24, Stupinigu@mail.ru
В статье рассмотрены вопросы морфодинамического картографирования берегов водохранилищ по материалам дистанционного зондирования.
Ключевые слова: мониторинг водохранилищ, морфодинамическое картографирование.
MORPHODYNAMIC MAPPING OF ZONES OF INFLUENCE RESERVOIRS OF THE ANGARA CASCADE
Vladimir P. Stupin
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov, Irkutsk, 664074, associate professor of surveying and geodesy, tel. (395-2) 22-12-24, e-mail: Stupinigu@mail.ru
The article deals with the morphodynamic mapping the coast of reservoirs based on remote sensing.
Key words: monitoring of reservoirs, morphodynamic mapping.
Создание каскада Ангарских водохранилищ привело к резкому перераспределению литодинамических потоков и изменению структуры морфогенеза обширных территорий. Затопленные пространства перешли в субаквальный литодинамический режим, в их пределах произошла смена эрозионно-денудационных процессов на процессы размыва и аккумуляции. В границах субаэральных подтопленных территорий имело место поднятие и смещение местных базисов денудации, изменение уровня грунтовых вод и, следовательно, перестройка литодинамических потоков побережья.
Одним из основных методов исследований экзогенной геодинамики рельефа является картографический. Для отработки легенд и создания карт геодинамики полосы влияния водохранилищ ангарского каскада нами разработана классификация ее рельефа. В основу дефиниции основных таксонов этой классификации положен метод дискретизации и ранжировании земной поверхности путем анализа факторов морфогенеза, важнейшим из которых является морфологический. Именно морфология служит основой для формирования как природных, так и техногенных геосистем, характеризующихся целостностью и относительной устойчивостью своей внутренней структуры, обмена веществом и энергией и т.д. Подобные геосистемы, реализующиеся в сфере морфогенеза, понимаются как морфодинамические системы или, короче, морфосистемы.
Под переработкой береговых морфосистем мы понимаем процесс совокупного воздействия различных факторов, проявившихся в результате нарушения динамического равновесия в ходе формирования водохранилищ и приводящих к перестройке прежде равновесных береговых и прибрежных морфосистем. Процессы формирования и переформирования берегов водохранилищ протекают как в зоне непосредственного контакта водной массы с дном и берегом, так и в пределах прилегающих к берегу территорий.
Основными факторами, определяющими границы, тип, облик и интенсивность переработки морфосистем ангарских водохранилищ являются:
- Геоморфологический фактор (морфология и морфометрия рельефа);
- Инженерно-геологический фактор (устойчивость пород, слагающих территорию, к выветриванию и денудации);
- Гидрологический фактор (ветровой и волновой режимы, колебания уровня, стоковые и волновые течения, ледовые условия);
- Ландшафтный фактор (тип климата, растительный покров);
- Антропогенный фактор (техногенная нарушенность территорий).
Мы стремились к тому, чтобы предлагаемая ниже классификация морфосистем могла служить основой для последующего картирования.
Классификация морфосистем по морфотопологическим признакам.
Таксономические единицы, выделяемые по морфотопологическим признакам, являются основными, так как предопределяют закономерности и направленность морфогенеза в их пределах. Они достаточно просто выделяются по гипсометрическим картам и материалам дистанционного зондирования. Каждый выделенный ареал характеризуются определенной структурой нисходящих потоков вещества и энергии под воздействием силы тяжести и представляет собой суперпозицию морфодинамическую систему.
Всего выделяется четыре типа морфосистем.
А) Затопленные субаквальные подводных склонов и ложа водохранилищ:
- Глубже слоя волнового воздействия, где преобладает отложение наносов;
- В слое волнового воздействия, где преобладает размыв донных грунтов.
Мощность слоя волнового воздействия принята равной двойной высоте
максимальных волн. Этот параметр изменяется от места к месту. Так, в Братском водохранилище высота волн достигают 3 м и более, в Иркутском не превышают 1 м, а в Усть-Илимском имеет промежуточные значения. Средняя высота волн обычно раза в полтора-два меньше максимальной. Волны на водохранилищах круче и короче морских и из-за меньших глубин и меньшего разгона волны. У подветренных берегов и глубоких заливах водохранилища почти всегда спокойно; в открытой части и у мысов высота волн возрастает. С понижением уровня водохранилищ размеры волн уменьшаются.
Б) Осыхающие морфосистемы, периодически затапливаемые в результате многолетних и сезонных колебаний уровня водохранилища. Например, в Братском водохранилище колебания уровня обычно не превышают 2-3 м, но в
маловодные годы увеличиваются до 5-6 м, а в критические годы - даже до 10 м; в эти периоды ширина полосы осушки отмелых пологих берегов может достигать нескольких сотен метров.
В) Подтопленные субаэральные морфосистемы берегов и побережья. Мы выделяем две разновидности таких морфосистем, приуроченных:
- К склонам, непосредственно опирающимся на урез водохранилищ или на осыхающие абразионные террасы и пляжи; на этих склонах при наполнении водохранилища произошло смещение (подъем) местного базиса денудации;
- К выположенным устьевым участкам днищ падей, открывающихся в водохранилище, а также к низким побережьям и островам, где при наполнении водохранилища произошел подъем уровня инфильтрационных грунтовых вод.
Г) Морфосистемы опосредованного воздействия, приуроченные к склонам, опирающимся на нижележащие непосредственно контактирующие с водной массой водохранилищ скаты. На этих склонах действовать те же процессы, что и до образования водохранилища, а их связь с водохранилищем проявляется в том, что продукты сноса поступают через береговые склоны, выполняющие транзитную функцию, непосредственно в водохранилище.
Классификация по характеру геологического субстрата. Выделенные по рассмотренному принципу ареалы обусловливают осложняющие локальные особенности (скорость и специфику) экзогенных геодинамических процессов.
A) Скальный субстрат, представленный коренными породами:
- Магматическими породами (траппы и т.п.), устойчивыми к размыву;
- Осадочными и метаморфическими менее устойчивыми породами (песчаники, сланцы, алевролиты, аргиллиты и т.п.);
- Растворимыми карбонатными и другими карстующимися породами (мрамора, известняки, мергели, гипс, соль);
Б) Глинистый субстрат, представленный покровными и делювиальными отложениями (глины, суглинки, лессовидные суглинки);
B) рыхлый субстрат, представленный размываемыми несвязными аллювиально-делювиальными отложениями ангарских террас:
- Крупнообломочными (галечники и т.п.);
- Мелкообломочными (пески, супеси и т.п.).
Классификация по ландшафтным признакам. Эти факторы проявляются через особенности климата, растительности и антропогенного пресса. Морфосистемы, выявленные по морфодинамическому признаку, по специфике регионального фона, подразделяются на:
- Степные;
- Таежные;
- Техногенные.
Сочетания основных и осложняющих факторов определяют основные типы берегов водохранилищ, представленные в таблице.
Типы берегов Соотношение абразии и аккумуляции Подтипы берегов
1. Абразионные Аб > Ак 1а. Абразионные денудационные
2. Абразионноаккумулятивные Аб = Ак 2а. Абразионно-аккумулятивные денудационные
3. Аккумулятивные Аб < Ак
4. Стабильные Аб и Ак незначительны 4а. Стабильные денудационные 4б. Стабильные ингрессионные
Абразионный тип берегов развивается при условии преобладания абразионного процесса над аккумулятивным. Такое возможно при наличии достаточно сильных вдольбереговых течений, выносящих поступающие с береговых склонов наносы за пределы данного берега. Для берегов ангарского каскада не слишком характерен, ввиду преобладания весьма слабых течений.
Абразионно-аккумулятивный тип берегов развивается в условиях приблизительного равновесия абразионного и аккумулятивного процесса. Характерен для берегов, сложенных рыхлыми отложениями ангарских террас, а также слабометаморфизованными или сильно выветрелыми коренными породами. Подобные морфосистемы чаще приурочены к выступающим в акваторию мысам, а также островам, т.е. к тем участкам побережья, где волнение наибольшее.
Ведущими процессами здесь становятся абразия и размыв береговых склонов с образованием высоких клифов, бенча, пляжа с подводной осыпью. Клиф занимает большую часть берегового склона.
Берега этого типа наиболее сильно изменились после подтопления, отступили на десятки и первые сотни метров и пока не обнаруживают признаков стабилизации.
В Иркутском водохранилище такие системы приурочены к отложениям третьей террасы Ангары в нижней, примыкающей к плотине, части правого берега. В Братском водохранилище подобные берега занимают более 30% побережья и приурочены к выходам неустойчивых пород ордовика в верхней и средней частях водохранилища. В Усть-Илимском водохранилище береговые системы этого типа распространены меньше и не столь активны.
Берега 1 и 2 типа имеют разновидности - подтипы: Абразионные
денудационные (1а) и абразионно-аккумулятивные денудационные (2а).
Подтип 1 а характерен для берегов, сложенных неустойчивыми скальными и полускальными породами: трещиноватыми, непрочными метаморфическими, сильно выветрелыми, а также растворимыми породами.
Подтип 2а присущ крутым и высоким берегам сложенным глинистыми или просадочными грунтами.
Подтопление таких берегов, помимо прямой абразии приводит к активизации унаследованных или появлению новых, часто весьма негативных, экзогенных процессов в прибрежной полосе, выше уступа клифа. К таковым процессам относятся карст, оползни, суффозия, просадки, провалы, отседание склонов, овражная эрозия.
Больше всего берега этого типа развиты в Братском водохранилище, особенно по берегам его верхней остепненной части. В Иркутском водохранилище оползневые процессы характерны для нижней части водоема, особенно вдоль правого берега. В Усть-Илимском водохранилище подобные берега встречаются реже. В то же время здесь известны примеры отседания скальных трапповых массивов, залегающих на неустойчивом основании по трещинам бортового отпора.
3. Аккумулятивный тип берегов развивается в условиях отложения наносов, поступивших в результате вдольберегового переноса. Также как и чисто абразионный тип берегов на ангарских водохранилищах встречается редко, как правило ниже по течению относительно соседних абразионноаккумулятивных участков. Представлен причлененными пляжами и небольшими косами.
4. Стабильный тип берега (иногда не совсем корректно называемый нейтральным) характеризуется незначительной интенсивностью как абразионного, так и аккумулятивного процесса. Эти берега сохраняются достаточно долго в условиях ветровой тени, характерной для верхних частей узких заливов водохранилищ. Выделяется два подтипа таких берегов.
Стабильные денудационные берега (4а) характерны для приглубых и крутых ингрессионных берегов, сложенных устойчивыми магматическими и метаморфическими породами. Такие системы сохраняются без существенных изменений, особенно в условиях не слишком интенсивного волнения.
Ведущими процессами развития таких берегов являются унаследованные склоновые процессы в сочетании с линейной эрозией и плоскостным смывом, особенно характерными для степных ландшафтов. Абразия на таких берегах играет подчиненную роль.
Берега этого типа слабо изменены после подтопления, имеют невысокий клиф, пляж или отсутствует вовсе, или находится в зачаточном состоянии. У таких берегов в таежной зоне часто можно встретить сохранившийся затопленный лес.
В Иркутском водохранилище подобные берега занимают большую часть левого берега и верхнюю половину правого. В Братском водохранилище такие берега характерны для высокого правого берега, а в нижнем течении и для левого. В Усть-Илимском водохранилище береговые системы этого типа занимают большую часть побережья.
Стабильные ингрессионные (4б) характерны для зоны выклинивания подпора в верховьях ингрессионных заливов с пологими отмелыми берегами.
Здесь в условиях волновой тени и подъема грунтовых вод происходит отложение наносов в устьях мелких притоков, заболачивание, сопровождающееся биогенным осадконакоплением, заиливанием и формированием бугристого рельефа торфяников.
В Иркутском водохранилище такой тип берегов характерен для широких плоских падей правого, более изрезанного берега. В Братском водохранилище перечисленные процессы особенно активно проявляются по глубоким заливам левого берега - по долинам рек Ока, Ия, а также по обоим берегам
субширотного расширения водоема в районе Братска. В Усть-Илимском водохранилище такой тип береговых морфосистем обычен для ингрессионных заливов Илима - правого притока Ангары.
© В.П. Ступин, 2012
