CC BY
67
КАРТОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИ ОЦЕНКЕ ДИНАМИКИ РАЗМЫВА БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ АНГАРСКОГО КАСКАДА
Владимир Павлович Ступин
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. 8(964)7482242, e-mail: [email protected]
Леонид Александрович Пластинин
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. 8(914)8811808, e-mail: [email protected]
Проанализированы различные методы определения скорости разрушения берегов водохранилищ. Рассмотрены методика, возможности, достоинства и недостатки сравнительно -картографического, геодезического и морфодинамического методов. Сделан вывод о целесообразности их комплексного использования. Приведены количественные данные о скорости разрушения берегов.
Ключевые слова: разрушение берегов водохранилищ; картографический, геодезический и морфодинамический мониторинг экзогенных процессов.
CARTOGRAPHIC AND GEODETIC METHODS OF ESTIMATION OF THE DYNAMICS OF EROSION OF THE SHORES OF RESERVOIRS ANGARA CASCADE
Vladimir P. Stupin
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontova, Irkutsk 664074, Russia, associate professor of Surveying and Geodesy, tel. 8(964)7482242, e-mail: [email protected]
Leonid A. Plastinin
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontova, Irkutsk 664074, Russia, professor of Surveying and Geodesy, tel. 8(914)8811808, e-mail: [email protected]
Analyzed different methods for determining the rate of destruction of reservoir shores. The techniques, features, advantages and disadvantages of comparative mapping, geodetic and morphodynamic techniques. The conclusion about the appropriateness of their integrated use. Quantitative data on the rate of destruction of banks.
Key words: destruction shores of reservoirs, cartographic, geodetic and morphodynamic monitoring exogenous processes.
На водохранилищах Ангарского каскада продолжается абразионное разрушение берегов, что приводит к утратам земель сельскохозяйственного и лесного фонда и наносит большой ущерб прибрежной инфраструктуре. Особенно активны абразионные процессы у выдающихся в акваторию водохранилища мысов, сложенных слабыми грунтами. Настоящая статья рассматривает результаты анализа динамики переработки берегов Ангарских водохранилищ на осно-
ве разных подходов, апробированных авторами на примере Заярского эталонного участка.
Эталонный участок расположен на сложенном суглинками выдающемся в акваторию плоском мысе по правому берегу нижней части Братского водохранилища в районе Заярского расширения, где наблюдаются наиболее высокие ветровые волны и благоприятные для размыва берегов инженерногеологические условия. Рассматриваемая территория является одной из самых динамичных на всем Братском водохранилище, что и послужило критерием для ее выбора в качестве эталонного участка для изучения абразионных процессов. Рассматриваемая площадка протягивается на 1800 м вдоль берега и на 430 м от минимального уреза воды вглубь побережья.
В процессе анализа динамики берега эталонного участка нами были апробированы три независимых метода исследований:
- сравнительно-картографический метод, основанный на анализе разновременных карт, аэроснимков и фотопланов за период 48 лет;
- метод повторных геодезических измерений за 2 года;
- морфодинамический анализ каскада береговых склонов на основе концепции морфосистем за период 50 лет.
Для выявления площадей утраченных земель на эталонном участке, в Восточносибирском филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка»-ВИСХАГИ положение линии нормального проектного уровня (НПУ) было оцифровано и перенесено с карт м-ба 1:25000 (состояние местности на 1962 г.) на ортофотопланы (состояние на 2009 г.). Их данные легли в основу сравнительно-картографического метода определения скоростей абразии.
Для реализации метода геодезических наблюдений на эталонной площадке были разбиты три контрольных створа. С этих створов в 2009 -2011 гг., при помощи электронного тахеометра и GPS-приемника были выполнены повторные геодезические измерения положения бровки клифа. По полученным данным были составлены профили створов и совмещенные планы береговой полосы, по которым и определялись площади и скорости размыва берегов.
Для реализации морфодинамического метода была использована наша методика, изложенная в [1]. Согласно этой методике, береговая зона рассматривается как морфодинамическая система - каскад субаэральных и субаквальных склонов, связанных потоком вещества и энергии (рис. 1). На основании анализа топографических карт, материалов ДЗЗ и полевых наблюдений, в каскаде береговых морфосистем были выделены четыре динамически однородных пояса и выполнена реконструкция их динамики.
Поверхность террасы. В поверхность, полого наклоненную в сторону водохранилища, врезаны короткие активные овраги, канализирующие ливневые и дождевые воды. Овраги имеют резкие бровки, крутые осыпающиеся борта, не-выработанный продольный профиль с отводящими воду воронками просасыва-ния по тальвегу. Небольшая длина оврагов говорит о том, что скорость их роста сопоставима со скоростью отступания клифа. При своем росте овраги разрушают заброшенные береговые постройки и ограждения.
Рис. 1. Геоморфологический профиль ключевого участка Заярск 1. Полускальные грунты цоколя высокой 8-ой террасы Ангары (аргиллиты, алевролиты); 2. Дисперсные грунты аллювия высокой террасы Ангары и чехла склоновых отложений (суглинки, лессовидные суглинки); 3. Дисперсные грунты пляжных наносов водохранилища (пески, супеси); 4. Минимальный уровень водохранилища; 5. Максимальный уровень водохранилища; 6. Живые деревья (современный лес); 7. Местоположение подмытых и унесенных деревьев (лес до затопления); 8. Отмершие деревья (топляки на корню); 9. Профиль берега до подтопления; 10. Современный профиль берега с клифом, бенчем и пляжем (после подтопления и размыва).
Клиф имеет четко выраженную бровку, крутые, иногда нависающие стенки. Такая морфология свидетельствует о современной активности абразионных процессов в периоды высокого стояния уровня водохранилища. Долговременных волноприбойных ниш не формируется по причине слабых грунтов, слагающих клиф и постоянного обрушения образующихся козырьков. Разрушение клифа происходит вследствие гравитационных процессов: обваливания, осыпания и небольших блоковых ротационных оползней.
Другой важный процесс - эрозия обрыва временными водотоками (на клиф открываются устья многочисленных оврагов, расчленяющие береговой яр на секции). При наличии на отступающем клифе заброшенных строений происходит их разрушение. Для поросшей лесом прибровочной части клифа характерны наклонившиеся деревья и нависающие карнизы из переплетенной корнями деревьев дернины. В таких местах под клифом, иногда образуя завалы, скапливаются упавшие подмытые деревья.
Бенч (абразионная терраса). Состоит из надводного пляжа и подводной прибрежной отмели, соотношение ширины которых постоянно изменяется в зависимости от колебаний уровня воды. При минимальном уровне ширина пляжа равна ширине полосы осушки. При максимальном уровне пляж исчезает, волны подступает под клиф и абрадируют его совместно со вдольбереговыми течениями. При этом также размываются коллювиальные (обвальные, осыпные) шлейфы, тела оползней и конуса выноса оврагов.
Различные уровни стояния воды фиксируются серией невысоких береговых валов разного гранулометрического состава и степени сохранности, полосами наилка и плавника, отшнурованными мелководными лагунами.
У тылового шва пляжа (под клифом) встречаются скопления полузасыпанного плавника и выходы грунтовых вод, маркируемые повышенной увлажненностью грунта, суффозионными промоинами или, наоборот, бугристыми накоплениями вынесенного мелкозема.
В восточной части ключевого участка на 120-150 м мористее клифа встречаются полузасыпанные наносами пни и нижние части стволов мертвых деревьев на корню. При высоком уровне стояния воды они полностью затапливаются, при низком вновь появляются на дневной поверхности. Эти остатки деревьев маркируют средний уровень стояния воды, т.е. зону неустойчивого равновесия между процессами абразии и аккумуляции. Ближе к клифу в зоне преобладающего размыва, деревья были подмыты вместе с берегом, обрушились и были унесены волнами. Еще мористее обломки деревьев на корню затоплены полностью или погребены под слоем наносов.
Подводный склон начинается на расстоянии примерно 150-200 м от клифа, где глубины при уровне близком к минимальному составляют 3-4 м; на протяжении 100-150 м он достаточно пологий, затем крутизна и глубины резко возрастают: на расстоянии 1 км от берега глубины достигают 35 -40 м, а на расстоянии в 1,5 км - 72 м.
По особенностям своего развития вдоль береговой полосы ключевого участка Заярск в плане прослеживаются три переходящих друг в друга морфодинамических сектора, характеризующиеся разными скоростями и направленностью береговых процессов.
Сектор интенсивного размыва приурочен к оконечностям мысов, открытым волнам водохранилища. Максимальная высота волн у Заярска (на Заярском расширении волны вообще самые высокие на Братском водохранилище) и достигает 2-3 м высоты при скорости ветра 16 м/с, что обеспечивает размыв на глубину до 5 м. Судя по высокому крутому клифу, проявлениям гравитационных процессов, густой расчлененности молодыми оврагами, подмытым и упавшим деревьям, размыв здесь идет весьма активно.
Величина отступания клифа здесь складывается из ширины пляжа и ширины подводной части бенча (последняя получена из промеров глубин с лодки по поперечным профилям вплоть бровки подводного склона).
Сегмент аккумуляции приурочен к изголовьям бухт и заливов с отмелыми берегами в условиях ветровой и волновой тени. Здесь происходит осаждение материала принесенного с размываемых берегов. Клифы отсутствуют. Мелководья заболачиваются и заторфовываются. Пляжи зарастают травянистой, кустарниковой и древесной растительностью. Процессу способствует скопления у таких берегов многочисленных стволов старого плавника, свежеподмытых деревьев и топляков, которые служат естественной берегоукрепляющей отмосткой, волноломом и коллектором осадков.
Переходный сектор характеризуется невысокими, сходящими на «нет» клифами со сглаженными бровками, подошвами и выположенными уступами.
Пляжи в различной степени покрыты травянистой, а иногда и кустарниковой растительностью, и местами закреплены полузасыпанным топляком.
Ниже приведены количественные показатели разрушения берегов на мониторинговой площадке Заярск, полученные альтернативными методами.
1. Среднее отступание клифа:
анализ карт за 48 лет (1962-2009 гг.) - 123 м;
геодезические измерения: 2009-10 гг. - 2,9 м; 2010-11 гг. - 1,3 м;
морфодинамический анализ за 50 лет (1962-2011 гг.) - 180 м.
2. Скорость отступания клифа:
анализ карт за 48 лет (1962-2009 гг.) - 2,7 м/год;
геодезические измерения: 2009-10 гг.- 2,9 м/год; 2010-11 гг. - 1,3 м/год;
морфодинамический анализ за 50 лет (1962-2011 гг.) - 3,6 м/год.
3. Площадь утраченных земель:
анализ карт за 48 лет (1962-2009 гг.) - 220816 кв.м;
геодезические измерения: 2009-10 гг. - 4427 кв.м; 2010-11 гг. - 1431 кв.м;
морфодинамический анализ за 50 лет (1962-2011 гг.) - 324000 кв.м.
Отметим достоинства и недостатки каждого из рассмотренных методов.
Сравнительно-картографический метод позволяет быстро и эффективно оценить величину смещения линии НПУ во времени и рассчитать среднюю скорость и площадь утраченных земель. Метод требует обновления карт в масштабе не мельче исходных или составления фотопланов по актуальным материалам дистанционного зондирования крупного масштаба. Не позволяет получить величины размыва подводной части (прибрежья).
Метод повторных геодезических измерений точен, обладает высокой временной дискретностью, но требует дорогостоящих полевых работ.
Морфодинамический метод позволяет получить количественные показатели по средним скоростям размыва, площадям и объемам утраченных земель путем аналитических реконструкций исходного рельефа, в том числе и подводного. Однако, дискретность определений во времени невысока.
Наилучшие результаты могут быть получены при комплексном использовании всех трех методов, подкрепленных инженерно-геологическими изысканиями и стационарными наблюдениями.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ступин В.П. Морфодинамический анализ и картографирование рельефа зоны влияния водохранилищ Ангарского каскада на основе концепции морфосистем // Известия ВУЗов. Горный журнал. - Екатеринбург: Изд-во Уральск. гос. горн. ун-та, 2010. - №5. - С.115-120.
© В.П. Ступин, Л.А. Пластинин, 2013
