CC BY
92
УДК 551.435.13 (470.51)
С.Ю. Ившин, И.И. Рысин, Л.А. Турыкин
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ И ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ РУСЛА КАМЫ НА УЧАСТКЕ ОТ ВОТКИНСКОГО ГИДРОУЗЛА ДО Г. САРАПУЛА
Представлены материалы исследования участка р. Камы от Воткинского гидроузла до г. Сарапула, являющегося зоной прогнозируемого влияния русловой добычи песчано-гравийных строительных материалов на двух месторождениях. Анализируются геоморфологические условия и гидрологический режим, определяющие особенности развития на данном участке горизонтальных и вертикальных русловых деформаций.
Ключевые слова: река, русло, пойма, аллювий, русловые деформации.
Методика исследования
Объект исследования представляет собой участок р. Камы от Воткинского гидроузла (ГУ) до г. Сарапула (1928-1860 км по судовому ходу
- Атлас ЕГСЕЧ РФ 2001 г.). Данный участок включает предполагаемый район добычи песчано-гравийных строительных материалов (ПГСМ) -Гольяновское и часть Макаровского месторождения (1886-1891км), расположенный в Завьяловском районе Удмуртской Республики (УР), а также зоны возможного воздействия русловой добычи ПГС выше и ниже по течению от участка пользования недрами. Целью настоящей работы является исследование гидрологического и руслового режима участка р. Камы для определения характера и масштабов экологических последствий разработки русловых месторождений ПГС Гольяновское и Макаровское. Научноисследовательские работы выполнялись по инициативе ООО «Монолитстрой» сотрудниками географических факультетов Удмуртского и Московского госуниверситетов на хоздоговорных условиях.
Согласно справке Управления охраны окружающей среды и природопользования Минприроды УР Гольяновское месторождение впервые разведано в 1966 г. «Удмуртнефтеразведкой», в 1972 г. доразведано институтом «Гипро-речтранс», Макаровское месторождение разведано этим же институтом в 1970
г. Оно состоит из двух разрозненных участков. Основная часть месторождения находится на территории Сарапульского района. Небольшой участок, расположенный в Завьяловском районе, примыкает к Гольяновскому месторождению и является его продолжением. Месторождения периодически разрабатывались Камским речным пароходством. Учет добычи не производился. По исследованию, проведенному в 2006 г. ООО НПП «Геомониторинг» [1], полезная толща месторождений образована современным русловым аллювием, мощность ее изменяется от 2,6 до 7,9 м, составляя в среднем 5,3 м.
Научно-исследовательские работы проведены в два этапа. На первом этапе в период с 9 января по 30 апреля 2007 г. сделаны предварительные рас-
четы возможной посадки уровней в результате разработки месторождений, стока руслообразующих наносов и скорости заиления русловых карьеров, даны первые рекомендации по предотвращению неблагоприятных последствий техногенного воздействия на русло реки. Анализ проведен на основании фондовых материалов, предоставленных Нижнекамским районным управлением водных путей и судоходства: батиметрических планов русла, данных связки уровней, гидрологических наблюдений на водомерных постах в нижнем бьефе Воткинского ГУ и в г. Сарапуле. Кроме того, использованы топографические карты и космические снимки.
Задача второго этапа работ состояла в уточнении и корректировке расчетов на основе натурных обследований. Полевые работы были проведены в период с 10 по 20 мая 2007 г. на участке 1886 - 1917 км судового хода.
Основной задачей полевых гидрологических исследований являлось определение гидродинамических условий транспорта руслообразующих наносов на участке проектируемой добычи, а также определение расхода взвешенных руслообразующих наносов. Гидрологические работы включали в себя наблюдения за уровнем воды в р. Каме, измерение расходов воды, расхода взвешенных наносов, скоростей и направлений течения воды в районе планируемых разработок на отрезке 1886 - 1893 км, а также нивелирование продольного уклона свободной поверхности согласно существующим разработкам и указаниям [2-7].
Наблюдения за уровнем воды велись около спасательной станции МЧС, где был организован временный водомерный пост (в/п) «Гольяны». Отсчеты брались 4-6 раз в сутки с помощью закрепленной на неподвижной опоре рейке. Расход воды, скорость и направление течения воды измерялись с помощью доплеровского профилографа течений «Уорхоз Рио-Гранде» (ADCP) фирмы RDI. Обработка результатов измерений проводилась в рекомендованной производителем программе «WinRiver II».
Для определения расхода взвешенных наносов производился отбор проб воды на мутность батометром-бутылкой по живому сечению трехточечным способом (на 5 вертикалях) по стандартной методике ГГИ [8]. Пробы фильтровались в поле с помощью прибора Куприна (ГР-60). Взвешивание фильтров проводилось в лаборатории на аналитических весах с точностью до 0,00005 г.
Нивелирование продольных уклонов свободной поверхности проводилось с помощью электронного тахеометра Sokkia Set600, а также комплекта спутниковых геодезических приемников GPS.
Геоморфологическое строение долины и русла
Ниже створа плотины Воткинского ГУ имеет место резкое расширение долины. Средняя ее ширина на исследуемом отрезке Камы составляет около 20 км. Глубина вреза - 120-140 м. Поперечный профиль долины асимметричен. Правый берег почти на всем протяжении участка (вниз от впадения р. Сивы) крутой до обрывистого, высокий (абсолютные отметки - 180-200 м). Склон левого берега пологий, осложненный комплексом надпойменных тер-
рас. По геоморфологическим признакам устанавливается 4 уровня надпойменных террасовых поверхностей. Первая и вторая надпойменные террасы являются аллювиальными. Они занимают обширные площади на левом берегу Камы, располагаясь на отметках соответственно 72,5-77,5 м и 80-85 м, превышение над меженным горизонтом воды составляет 8-13 и 15,5-20,5 м. Третья и четвертая надпойменные террасы цокольные, то есть образованы ступенями коренных пермских пород, перекрытых покровными суглинками. Древние аллювиальные отложения на них в основном денудированы. Данные террасы (особенно четвёртая) занимают сравнительно небольшие площади и располагаются на высотах соответственно 87,5-92,5 м и 95-97,5 м, Их относительные высоты составляют 22,5-27,5 м и 30-32,5 м. На правобережье Камы комплекс надпойменных террас развит только на выпуклом берегу первой от плотины - Ольховской - излучины.
Днище долины образовано поймой, которая, так же как и террасовый комплекс, развита преимущественно на левом берегу. Поверхность поймы параллельно-гривистая, в значительной степени заболоченная, заросшая кустарником и мелколиственным редколесьем. По высоте над меженным горизонтом воды различаются три пойменные ступени: низкая - до 3 м, средняя -4-5 м и высокая - 6-7 м. Пойменные ступени, как правило, имеют четко выраженные геоморфологические границы - уступы и тыловые швы.
Левобережная пойма начинается на 1910 км (напротив средней части -острова Журавлик) и, постепенно расширяясь вниз по течению, образует непрерывный массив по всей длине исследованного участка, то есть на протяжении 50 км. Ширина левобережной поймы составляет в основном 2-3 км, максимальное значение - 3,5 - 4 км наблюдается в пределах излучины напротив д. Докши.
На правобережье Камы основной пойменный массив расположен вдоль выпуклого берега Ольховской излучины. Протяженность его составляет около 12 км, ширина - до 1 км. Кроме того, большой участок поймы (длина 8 км, ширина 1 км) приурочен к долине р. Сивы. На прямолинейном участке Камы (ниже д. Докши) единственный заметный фрагмент поймы (длина 5 км, ширина 600 м) на правом берегу развит у с. Нечкино.
По форме русла различаются два участка - извилистый и относительно прямолинейный. Участок извилистого русла расположен на отрезке 18931924 км. Река здесь образует две смежные адаптированные (проходящие вдоль коренного берега) макроизлучины: Ольховскую (1912-1924 км) и Док-шанскую (1893-1912 км). На первой коренным является левый берег, на второй - правый. На всем отрезке ниже Докшанской излучины (1860-1893 км) река протекает вдоль правого коренного берега, образуя относительно прямолинейный участок.
Нормальная ширина русла в пойменных бровках изменяется в диапазоне 600-800 м. Наибольшая ширина на отрезках однорукавного русла составляет 1000-1100 м (вершина излучины на Паздеринском перекате (1903 км), перекат Средний Нечкинский (1874-1876 км)), наименьшее значение - 500 м
- зафиксировано у д. Сидоровы Горы (1901 км) и д. Яромаски (1864 км).
Русло Камы характеризуется относительно выровненным донным рельефом, амплитуда которого (перепад между отметками смежных плесов и перекатов) в большинстве случаев не превышает 3 м. В плесах нормальная глубина по оси судового хода при проектном уровне составляет 5-6 м, наибольшие глубины 9-10,5 м наблюдаются в местах максимального сужения русла (д. Сидоровы Горы, д. Яромаска). На перекатах глубины по судовому ходу изменяются в пределах 3,5-4,5 м. Общая протяженность перекатов составляет 36,5 км, или 57 % от длины исследованного участка.
На исследованном участке расположено несколько крупных одиночных аккумулятивных пойменных островов - Ольховский, Журавлик, Сивинский, Докшанский, Пещерский, а также небольшой остров у с. Гольяны. Общая ширина русла в средней части разветвлений составляет 1100-1300 м.
Г идрологический режим
Кама является самым крупным левым притоком Волги. Общая длина реки составляет 2030 км, площадь бассейна 522000 км2. По водному режиму она относится к восточно-европейскому типу с мощным весенним половодьем, осенним паводком и продолжительной летней и зимней меженью. Модуль стока воды колеблется от 5-10 до 20-25 л/с-км2. Объем годового стока составляет около 130 км3. Весеннее половодье отличается многоводностью и продолжается 1,5-2 месяца [9]. Средний бытовой уклон на исследованном участке равен 0, 043-0, 052 %о .
Сток р. Камы на участке предполагаемого руслового карьера зарегулирован двумя водохранилищами, расположенными выше по течению: Камским и Воткинским. Камское водохранилище создано в 1953 г, позднее в 1961-1966 гг. было заполнено Воткинское водохранилище. Суммарный объем этих водохранилищ составляет 21,6 км3, полезный объем 12,9 км3, что по отношению к объему годового стока составляет соответственно 39 и 23 % [10]. Участок предполагаемого руслового карьера располагается в нижнем бьефе Воткинской ГЭС в 36 км от плотины.
На водохранилищах осуществляется сезонное, недельное и суточное регулирование стока. В результате регулирования стока на Камском и Вот-кинском водохранилищах весенний сток уменьшился по сравнению с бытовым режимом с 61 до 40%, летний сток почти не изменился, зимний увеличился с 8,5 до 26% годового стока.
Заполнение Воткинского водохранилища происходит в апреле - июне, а сработка начинается в декабре и заканчивается в марте; с июля по ноябрь объем Воткинского водохранилища остается примерно постоянным, что определяет и относительное постоянство уровней в нижнем бьефе в этот период. В соответствии с этим наивысшие уровни, достигающие в нижнем бьефе отметки 70-72 м БС, наблюдаются в мае-июне (рис. 1). В течение всего года происходят резкие колебания уровня воды, как недельной, так и суточной продолжительности. Годовая амплитуда колебания уровней воды составляет 2,5-5,0 м. Амплитуда суточных колебаний уровней воды составляет 1-3 м в нижнем бьефе
Воткинской ГЭС и 0,1-0,8 м у г. Сарапула. Годовой ход уровней у Сарапула (70 км от плотины) аналогичен нижнему бьефу. Ход уровней воды в Сарапуле за последние годы показывает, что наиболее высокие уровни наблюдались в половодье 2002 и 2007 гг., когда они достигали отметки 69,5 м.
Наибольшей повторяемостью отличаются меженные уровни воды. Уровень с вероятностью превышения 5% равен 69,8 м, 50% - 67 м, 95% - 66 м БС. Максимальному затоплению поймы соответствует уровень 5%-й обеспеченности, то есть с повторяемостью раз в 20 лет.
Для нижнего бьефа Воткинской ГЭС в многолетнем аспекте характерно понижение меженных уровней воды. По данным исследований института ВНИИГ им. Веденеева к началу 1990-х годов понижение дна реки (и низких меженных уровней воды) вблизи плотины составило около 0,9 м. Заметную роль в этом сыграла добыча нерудных строительных материалов из русла реки, которая ведется на этом участке с 1975 г. и объем которой в конце 1980-х - начале 1990-х гг. между ГЭС и Сарапулом достигал 1,5 млн. м3 в год. Согласно прогнозу, разработанному тем же институтом, понижение уровней воды при навигационном расходе 1200 м3/с должно было составить к 2000 г 1,3 м. По данным, любезно предоставленным первым заместителем руководителя Кам-водпути В.К. Калюжным, расчетный уровень воды в нижнем бьефе Воткин-ской ГЭС с 1962 по 2007 г. понизился на 1,1 м. Для обеспечения этого уровня навигационный пропуск был за то же время увеличен с 880 до 1310 м ’ /с.
Рис.1. График хода уровней в нижнем бьефе Воткинской ГЭС в 2006 г.
Отметки уровней в Гольянах на пике половодья на 1-1,5 м ниже, чем в нижнем бьефе. Средняя отметка максимального уровня составляет 69,4 м БС. Максимальный уровень в половодье 2007 г. достиг отметки 71,1 м. Меженные уровни колеблются возле отметки 65 м.
Годовой ход расходов воды идентичен ходу уровней. Максимальные среднесуточные сбросы наблюдаются в мае. Расход сброса достигает 9300 м3/с (2002 г.), а в среднем за 1998-2006 гг. составляет 6500 м3/с. При этом расходы воды в межень нередко колеблются от 500-1000 до 3000 м3/с. Наибольшая повторяемость характерна для среднесуточных расходов воды 1300 м3/с. Расход 5%-й вероятности превышения равен 6000 м3/с, 50%-й - 1650 м3/с, 95%-й - 1100 м3/с.
Анализ внутригодового распределения стока позволяет построить кривую руслоформирующих расходов (рис. 2), на которой, согласно данным Н.И. Маккавеева [11], отражаются расходы воды, оказывающие наибольшее влияние на транспорт наносов и соответственно на русло реки. По методике Н.И. Маккавеева с величинами расходов, осредненными за большой интервал времени, сопоставляются величины произведения 8р(2ш1, где Q - средний расход воды данного интервала; I - уклон; т - показатель степени, отражающий связь расхода воды и расхода наносов, равен 2; р — повторяемость расходов воды данного интервала; 8-коэффициент, учитывающий затопление поймы.
1ММ ---------------------------------------
мюо - -------
аооо тооо
з есюо
I
^ 5000
Э
п. 40ПЙ
2000 1000
В 100 200 2Сй 400 КВ 500 700 000 МО 1 000
103* р 02I
Рис.2. Кривая руслоформирующих расходов воды р. Камы в нижнем бьефе Воткинской ГЭС
На кривой видно, что наибольшую роль в транспорте наносов играют расходы воды от 3500 до 6000 м3 /с, отвечающие наполнению русла почти до бровки пойменных берегов. Некоторое значение имеют меженные расходы воды 1100-1500 м3/с, хотя они отличаются наибольшей повторяемостью. Максимумы кривой руслоформирующего расхода в общих чертах совпадают с пиками кривой распределения стока наносов (рис. 3).
В районе г. Сарапула начинается зона переменного подпора Нижнекамского водохранилища. Его длина составляет 274 км, средняя ширина по зеркалу воды 5,6 км. Объем водохранилища составляет 13,8 км3. Заполнение Нижнекамского водохранилища началось в 1979 году. При проектной отметке подпор должен был достигать плотины Воткинской ГЭС. Однако проектная отметка нормального подпорного уровня (68 м БС) не была достигнута, заполнение было приостановлено на отметке 62 м. С 2000 г. по соглашению правительств Татарстана, Башкортостана и Удмуртии поддерживается временная промежуточная отметка наполнения 63,0 м. В настоящее время верхняя граница зоны выклинивания подпора (по данным однодневной связки уровней воды 2004 г., предоставленным В.К. Калюжным) находится в районе
д. Макарово (1896 км по карте 1987 г. (рис. 4). При больших расходах граница подпора смещается на 80 км вниз по течению. Участок между плотиной Воткинской ГЭС и Сарапулом всегда находится в свободном состоянии. Средний бытовой уклон равен 0, 043-0, 052 %о . Скорости течения на этом участке реки достаточно велики. В межень средние по живому сечению скорости составляют 0,4-0,6 м/с, при расходе 5500 м3 /с они достигают 1 м/с.
сток наносоя тыс. тонн —1_— влекомые наносы —0™ взвешенные наносы Рис. 3. Кривая распределения стока наносов в зависимости от расходов воды
Современный продольный профиль реки на участке от Воткинской ГЭС до Сарапула имеет неровные очертания. Неровности продольного профиля связаны с процессами размыва, прошедшими в нижнем бьефе Воткинского гидроузла, а также, вероятно, с добычей из русла песчано-гравийных строительных материалов на отдельных участках. Средний уклон на участке месторождения в половодье составляет 0,071 %о .
Бассейн средней Камы относится к регионам со слабо развитыми эрозионными процессами [12; 13]. Модуль годового стока взвешенных наносов составляет около 10-13 т/км2/год. Средняя годовая мутность воды в бытовом состоянии равнялась 70-80 г/м3, а годовой сток взвешенных наносов в Сарапуле - 2-2,5 млн. т. Крупность взвешенных наносов невелика: до 75% относится к фракции менее 0,05 мм.
км гвд *:арте 11*37“ г.
Рис. 4. Изменение проектного уровня воды (ПУ) в зоне переменного подпора Нижнекамского водохранилища (по данным В.К. Калюжного)
Горизонтальные деформации
Горизонтальные деформации русла Камы на участке от Воткинского ГУ до г. Сарапула определялись путем сопоставления разновременных картографических материалов - топографических карт масштаба 1:25000 по состоянию местности на 1995 г. и космического снимка исследуемой территории от 8 мая 2006 г. С помощью программы Март^э путем наложения кос-
мического снимка и топокарт построена схема горизонтальных деформаций и посчитаны площади деформаций противоположных знаков. После чего с учетом высоты и формы переформировавшихся массивов, а также доли в них руслообразующего материала определены объемы размытых и отложившихся за 11 лет руслообразующих наносов, т.е их баланс.
Основным источником руслообразующего материала на исследованном участке является разрушение поймы и размыв прирусловых отмелей. Разрушение пойменных яров происходит под совместным воздействием боковой эрозии (размывающего воздействия потока) и гравитационных процессов -оплывин (микрооползней), блоковых отседаний. Прирусловые отмели разрушаются главным образом за счет боковой эрозии. В значительно меньшей степени разрушению подвержен уступ коренного правого берега. Основным фактором разрушения последнего выступают обвально-осыпные и оползневые процессы. Интенсивность их усиливается вследствие благоприятных гидрогеологических условий, развития линейной склоновой эрозии и подмыва основания коренного берега при высоких уровнях воды в Каме.
Разрушение пойменных берегов широко распространено на исследованном участке. Установлено несколько зон размыва пойменных уступов. Первая зона охватывает нижнее крыло Ольшанской и верхнее крыло Док-шанской адаптированных макроизлучин. Здесь на отрезке 1911,7-1914,7 км разрушается правый, а на 1904,7-1910,6 км - левый слабовыпуклый уступ высокой поймы (высотой 6-7 м). Средняя величина отступания за 11 лет составила в первом случае около 50 м (4,5 м/год), максимальная - 100 м (9 м/год), во втором, соответственно 65 м (5,9 м/год) и 140 м (13 м/год). Имеет место также значительный размыв оголовков острова Журавлик (смещение оголовка вниз по течению составило 850 м) и острова Сивинский (оголовок сместился вниз на 400 м). Левый (речной) слабовогнутый берег острова Си-винский, образованный низкой поймой (высота 3 м) на отрезке протяженностью 3,2 км, отступил за 11 лет в среднем на 150 м (13,6 м/год) при максимальной величине 250 м (22,7 м/год).
Вторая зона размыва поймы включает вершину и нижнее крыло Док-шанской излучины. На отрезке 1893,8-1900,3 км разрушается выпуклый уступ левобережной поймы высотой 4-6 м. Средняя величина отступания берега за 11 лет составила 50 м (4,5 м/год), наибольшая - около 100 м.
Третья зона размыва левобережной поймы расположена на относительно прямолинейном участке русла на отрезке 1863,4-1876 км. За 11 лет уступ поймы высотой 5-6 м отступил в среднем на 40 м (3,5 м/год), при максимальном значении 60 м (5,5 м/год).
Размыв прирусловых отмелей на исследуемом участке имеет очаговое распространение, что связано со сравнительно слабым развитием крупных аккумулятивных форм руслового рельефа. Наиболее существенные деформации данного типа зафиксированы на выпуклом левом берегу на Паздерин-ском перекате (1901,5-1904,6 км), на о-ве Докшанском (1894,3-1897,5 км) и на левобережном побочне у д. Макарово. На Паздеринском перекате почти
полностью размыт побочень на левом выпуклом берегу. Наибольшая ширина размыва - около 300 м - наблюдается в вершине излучины, протяженность фронта размыва составила 2,7 км. На о-ве Докшанском размыт левый (речной) песчаный берег, оголовок и ухвостье. Ширина полосы размыва составила от 120 до 220 м. В результате площадь острова сократилась на 47 %. Напротив д. Макарово у левого берега размыт перешеек песчаной косы шириной до 300 м. Длина фронта размыва составила около 1,4 км.
Также имеет место размыв узких песчаных отмелей у подножия правого коренного берега: от д. Докши до д. Поваренки (1895,5-1899,5 км) и у с. Гольяны на отрезке 1891-1893 км. Ширина размыва составила соответственно 40-50 м и 60-90 м. Разрушение правого коренного берега зафиксировано на 1893-1894,5 км и на 1883-1889 км. Отступание берегового уступа за 11 лет составило в среднем 30-40 м (2,5-3,5 м/год). Максимальный размыв - 80 м наблюдается на 1893 км.
Руслообразующий материал, поступающий в реку в процессе разрушения берегов и русловых аккумулятивных образований, а также из притоков и в результате смыва с водоразделов, частично переоткладывается в русле и у берегов. Наиболее существенная аккумуляция на исследованном участке наблюдается во второстепенных (правобережных) протоках сопряженных островов Журавлик и Сивинский. Очевидно, значительная часть отложившегося здесь материала поступила из р. Сивы. Полностью заиленной оказалась нижняя часть Сивинской протоки, в результате чего Сивинский остров причленился к правому берегу. Почти полностью перекрыт выход из протоки острова Журавлик, сама протока значительно сузилась и стала более извилистой. Небольшие по площади очаги аккумуляции сформировались также во второстепенных протоках островов Ольховский, Докшанский, Гольяновский, Пещерский.
В однорукавном русле области аккумуляции носят обособленный характер, располагаясь преимущественно вдоль левого пойменного берега на значительном расстоянии друг от друга в виде вытянутых песчаных прирусловых отмелей.
Намыв песков у левого берега зафиксирован напротив д. Сидоровы Горы (длина 900 м, ширина до 100 м); напротив с. Гольяны на 1891-1892,3 км (длина 1,3 км, ширина 80-120 м); на участке Гольяновского месторождения на 1888-1890 км (длина 1,9 км, ширина 50-130 м).
Значительные площади намыва наблюдаются у слабовыпуклого левого берега ниже д. Макарово на 1882,3-1885 км. Сформировался крупный песчаный побочень, объединившийся с фрагментом частично размытой косы. Ширина полосы намыва составила от 100 до 230 м.
Самая нижняя на участке зона аккумуляции в основном русле Камы располагается в районе д. Нечкино на 1875-1878,6 км. Здесь намыта полоса песков у левого берега (длина 1,7 км, ширина до 130 м), крупная песчаная отмель (длина 1,4 км, ширина до 250 м) с затонской частью у правого пойменного берега, а также несколько небольших осередков у обоих берегов.
При расчете баланса руслообразующих наносов в качестве «прихода» принималось поступление в реку руслообразующего материала в результате размыва берегов и прирусловых отмелей. «Расход» включал материал, отложившийся в русле в виде обсыхающих в межень форм - побочней, кос, осе-редков и т.п. В целом на исследованном участке наблюдается положительный баланс руслообразующих наносов, т. е. в состав русловых наносов поступает больше материала, чем аккумулируется в виде неподвижных русловых отложений, постепенно зарастающих и трансформирующихся в низкую пойму. За 11 лет (с 1995 по 2006 г.) в русло поступило около 8432 тыс. м3 руслообразующих наносов, что составляет 766,5 тыс. м3 в год. Таким образом, с одного погонного километра русла в реку поступает в среднем по участку (на длине 63 км) 12,2 тыс. м3 руслообразующих наносов в год.
Расчет баланса наносов для отдельных отрезков русла показал, что поступление руслообразующих наносов в русло протекает неравномерно по длине участка (табл. 1). Основная часть поступления - 6817,5 тыс. м3 за 11 лет (619,8 тыс. м3 в год), что составляет 19,4 тыс. м3 /год с 1 погонного километра реки - произошла на участке выше Гольяновского месторождения (1891-1923 км). Соответственно на нижний отрезок (1860-1891 км) приходится 1614,6 тыс. м3 за 11 лет (146,8 тыс. м3/год) или 5 тыс. м3/год с 1 погонного километра.
Таблица І
Баланс руслообразующего материала на участке р. Камы -1860-1923 км
за 19952006 годы
Участок, км судового хода Поступление руслообразующего материала, тыс. м3 Аккумуля-ция в русле, тыс. м3 Сумма, тыс. м3
Размыв коренных берегов Размыв поймы Размыв русловых форм
18б0-1891 149,0 1957,8 519,5 -1011,7 1б14,б
1891-1923 144,8 5890,9 1728,4 -94б,7 б817,4
Итого: 8432
Таким образом, для исследованного участка р. Камы характерно в целом умеренное развитие горизонтальных русловых деформаций, что обусловлено равнинным характером течения, незначительной извилистостью русла, наличием коренного берега, сравнительно крупным размером руслового аллювия. Наиболее существенные деформации развиваются в пределах Докшанской макроизлучины. Это можно объяснить несколькими причинами: впадением крупного притока (р. Сива), закономерным усилением эрозионноаккумулятивных процессов в извилистом русле, а также воздействием трансгрессивной эрозии в нижнем бьефе Воткинского гидроузла.
Наиболее распространенным видом деформаций выступает размыв пойменных берегов. Нормальные для исследованного участка скорости отступания пойменного уступа составляют 4-6 м/год, максимальные - 10-13 м/год. Характерным следствием преобладающего размыва является направленное сокращение площади большинства представленных на участке островов (табл. 2).
Таблица 2
Изменение площади островов за 1995-2006 годы
Название острова Площадь острова, га Изменение площади, %
1995 г. 200б г.
Пещерский 1б8,2 1б0,3 -5
Г ольяновский 10,05 5,7 -43
Докшанский 89,9 47,б -47
Сивинский 1б0,9 129,1 -20
Журавлик 180,1 148,5 -18
Ольховский 39,0 4б,7 +20
На участке Г ольяновского месторождения горизонтальные деформации заключаются в переформировании прирусловых отмелей. Частично размыты побочень у левого берега на входе в староречье Застенное, узкая отмель вдоль коренного правого берега, полностью размыт перешеек большой косы у левого берега напротив д. Макарово. Значительно (на 43%) сократилась площадь Гольяновского острова. Аккумуляция произошла у левого берега напротив острова Гольяновский, а также в протоке за островом и на сооружении, перекрывающем заход в протоку. Суммарный объем поступления руслообразующего материала на участке месторождения за 11 лет составил 866 тыс м3, или 16 тыс м3/год с одного погонного километра.
Вертикальные деформации
Вертикальные деформации состоят в изменении отметок дна в процессе транспорта руслообразующих наносов. Вертикальные деформации на участке от Воткинского ГУ до Сарапула исследовались путем сопоставления разновременных картографических материалов - лоцманских карт 1976 и 2001 гг., а также батиметрических планов русла, предоставленных Нижнекамским районным управлением водных путей и судоходства. По характеру развития вертикальных деформаций выделяются четыре протяженные зоны.
На отрезке 1928-1908,4 км четко прослеживается зона трансгрессивной эрозии, характерная для нижних бьефов ГЭС. Понижение наименьших отметок дна здесь имеет сплошное распространение при среднем значении 1-1,5 м. Максимальная величина размыва наблюдается в нижней плесовой лощине
Нижнего Соколинского переката (1911 км) и достигает 3 м. При этом смещение наименьшей отметки дна на профилях вниз по течению фиксирует общее смещение Нижнего Соколинского переката, которое составило 900 м за 23 года (около 40 м/год).
На отрезке 1908,4-1875,5 км, включающем Гольяновское месторождение, развиты разнонаправленные деформации при некотором преобладании глубинной эрозии. Последняя наиболее характерна для плесовых участков. Понижение наименьших отметок дна практически во всех плесах составило 1,5-2 м. На перекатных участках примерно в равной степени представлены процессы размыва и аккумуляции. Их нормальная амплитуда изменяется в пределах 0,6-1,2 м, максимальные значения составляют 1,5-2 м. На части Гольяновского месторождения, расположенной в пределах одноименного перекатного участка, многолетние разнонаправленные изменения отметок дна имеют незначительное развитие как по амплитуде, так и по распространению (амплитуда вертикальных деформаций - 0,4-0,8 м). В то же время в нижней части месторождения в пределах плеса (в районе устья р. Макаровки) наблюдается понижение минимальных отметок дна в среднем на 2 м.
Протяженный перекатный участок на отрезке 1875,5-1865 км (Верхне-, Средне-, Нижне-Нечкинские, Пещерский перекаты) представляет собой зону аккумуляции. Здесь имеет место сплошное повышение минимальных отметок дна. Средняя величина приращения отметок составила 1 м, максимальная -до 1,7 м.
На отрезке 1865-1860 км располагается плесовый участок с одиночным перекатом (Яромасский перекат). Отметки дна по всему отрезку понизились, что свидетельствует о преобладающем размыве. При этом размах деформаций в плесе и на перекате существенно различается, составляя соответственно 2,5-3,7 м и 1-1,8 м.
Таким образом, на исследованном участке характер многолетних вертикальных деформаций закономерно изменяется вниз по течению от зоны приплотинного размыва через зону транзита к зоне аккумуляции, ниже которой снова следует зона размыва. Гольяновское месторождение ПГС расположено на участке относительно стабильного русла, характеризующегося разнонаправленными вертикальными деформациями слабой интенсивности, что создает достаточно благоприятные условия для самовосстановления руслового комплекса в процессе разработки месторождения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Отчет по оценке песчано-гравийной смеси на участке недр «Гольяновский», расположенном в русле р. Камы в Завьяловском районе Удмуртской Республики, выполненный ООО НПП «Геомониторинг» в 2006 - 2007 гг. Ижевск, 2007 (фондовый).
2. Указания по расчету стока наносов. ВСН 01-73. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
3. Чалов Р. С. Русловые исследования (избранные главы по курсу «Вводнотехнические изыскания»): Учеб. пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995.
4. Шамов Г.И. Речные наносы. Л.: Гидрометеоиздат, 1959.
5. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
6. Лопатин Г.В. Наносы рек СССР. М.: Географгиз, 1952.
7. Беркович К.М. Регулирование речных русел. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992.
8. Мутность воды. Методика выполнения измерений. РД 52.08.104-2002.
9. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши (бассейн р. Камы). Л.: Гидрометеоиздат, 1988. Т.1, вып. 25. 770 с.
10. Ресурсы поверхностных вод СССР. Средний Урал и Приуралье / Отв. ред. Н.М. Алюшинская. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. Т. 11. 848 с.
11. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее водосборном бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 346 с.
12. Назаров Н.Н. Овражная эрозия в Прикамье. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1992. 103 с.
13. Рысин И.И. Овражная эрозия в Удмуртии. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1998. 274 с.
Поступила в редакцию 25.10.07
S. Y. Ivshin, I.I. Rysin, L.A. Turykin
Horizontal and vertical channel deformations of the river Kama from Votkinsky waterworks faciliny up to Sarapul
Research data of the river Kama segment from Votkinsky waterworks facility up to Sarapul is given. It is the area of predictable influence of sandy-gravel construction materials’ channel extraction on two deposits. Geomorphologic conditions and the hydrological regime that define the development features of horizontal and vertical channel deformations on this segment are analyzed.
Ившин Сергей Юрьевич Рысин Иван Иванович
ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 E-mail: rysin@uni. udm. ru
Турыкин Леонид Анатольевич Московский государственный университет Им. М.В.Ломоносова 119991, Россия, г. Москва, ГСП-1,
Воробьевы горы, МГУ, географический факультет E-mail: [email protected]
