CC BY
30
КОЛЬСКОЕ ПОБЕРЕЖЬЕ. ОСОБЕННОСТИ СТВОРОВ ДЛЯ СЕВЕРНОЙ ПЭС
А.Д. Потапов*, В.А. Болтунов, П.Ю. Дьяконов **,
Н.А. Демиденко ***
*МГСУ, **ОАО НИИЭС, ***ГУ гоин
Поиск створа для малой приливной электростанции (ПЭС) в Европейской части России осуществляли на побережьях Баренцева и Белого морей в 1964-1982 гг. экспедиции из ГПР Гидропроекта на Кислогубской ПЭС и Ленгидропроекта под руководством Л.Б. Бернштейна и И.Н. Усачева.
Были обследованы десятки губ (фьордов) и заливов на Мурманском и Беломорском побережьях. Главные цели поиска предусматривали отсечение плотиной ПЭС морской акватории, соответствующей планируемой мощности электростанции (10-40 МВт), наличие наиболее благоприятных природных условий по геологии, гидрологии, влиянию льда, ветра и, наконец, близости к развитой инфраструктуре.
В процессе поисков отказались от, казалось бы, удобных на первый взгляд створов в устье реки Семжи и Кулоя в Мезенской губе из-за непреодолимых ледовых условий и створов в губах Ивановская и Дроздовка на Кольском побережье из-за наличия в основании иловых отложений на глубины до 25 м.
Изучение альтернативных створов завершился выбором губы Долгой. Такое предпочтение объясняется удобством сооружения ПЭС на обжитом участке Мурманского побережья на небольшом расстоянии (11 км) от нижней ступени действующего каскада Териберских ГЭС, вблизи от поселков Лодейное и Териберка (8 км), обеспеченных коммуникациями (высоковольтные линии, связь, шоссейная дорога, автобусное сообщение с Мурманском). В вершине самой губы Долгой имеется подстанция на 35 кВт от высоковольтной линии 130 кВ. Размеры губы (5 км2) и величины правильного полусуточного прилива (Аср.сиг=3,3 м, Аср.кв = 1,8 м) достаточны для проведения эксперимента являющегося целью сооружения ПЭС.
Район губы расположен западнее границы беломорских льдов, льдообразование в губе наблюдается только в очень суровые зимы, когда толщина льда достигает 0,4 м.
Бассейн ПЭС образуется отсечением губы (ее протяженность 6,0 км, ширина 0,81,1 км) плотиной длиной 1100 и высотой до 45 м. Плотина выполняется из местных материалов отсыпкой под воду пионерным способом с послойной укаткой выше уровня воды и установкой наплавных блоков.
Создание отсечной плотины ПЭС изменяет естественную картину движения воды, в особенности в местах бортовых примыканий дамбы. Зная законы осадкообразования в приполярных морях можно прогнозировать явления, возникающие при строительстве и эксплуатации ПЭС [1].
Сравнительный анализ инженерно-геологических условий действующих и проектируемых приливных электростанций (ПЭС) в России и за рубежом позволяет сделать вывод о том, что природные условия губы Долгой и место расположения отсечной плотины весьма специфичны, и отличны от других ПЭС.
Названная губа вдается в материк Кольского полуострова западнее губы Териберка в соответствии с элементами простирания тектонических трещин генерального направ-
2/2009 ВЕСТНИК
ления в гранитах архейского возраста. По результатам полевых работ 2008 года выявлено господствующее простирание жил и даек: север-северо-восток 60о и запад-северо-запад 300о.
У входа в губу глубина около 15 м, далее на пороге-баре с глубинами 26-30 м планируется размещение сооружений ПЭС, т. к. эта глубина соответствует глубинам в створе Мезенской ПЭС. От этого порога к вершине губы глубины увеличиваются до 89 м в центральной части губы. К кутовой части глубины уменьшаются неравномерно. Берег окаймлен осыхающей отмелью шириной до 2,6 км.
Губа Долгая открыта ветрам северных направлений, которые преобладают здесь с мая по август; повторяемость их 45%. С сентября по апрель господствуют ветры север-северо-восточные; суммарная повторяемость их достигает 65%. Средняя скорость ветра в течение года 4,4-9,1 м/ сек.
Среднее месячное число дней со штормом зимой 10-12, летом 2-3.
Туманы наиболее часты с июня по август, зимой они редки, а в отдельные годы их совсем не бывает.
Средняя величина прилива в губе 2,5 м. Скорость сигизийных приливных течений в губе не превышает 0, 6 км/ч.
Волнения наблюдается только при северных ветрах, однако в вершине губы оно значительно слабее, чем в других ее частях. В умеренные и суровые зимы в январе - апреле во внутренней части образуется неустойчивый ледяной покров. В вершину внутренней части губы впадает река-ручей Долгая.
Берега губы Долгой высокие и крутые, южный - кутовый участок отлогий, песчаный. Глубины во внешней части до 35 м. Дно в центральной части сложено песчано-гра-вийными, гравийно-галечниковыми и валунными отложениями, располагающимися в прибрежных частях. Откосы, выполненные валунником, находятся в равновесном состоянии с углами 36-40 о.
В геологическом отношении ложе губы Долгой выполнено исключительно архейскими гранитами и гранитоидами. В целом для Кольского побережья характерны несогласно залегающие интрузии: батолиты, дайки, силы. Батолиты - большие массы глубинных пород неправильного очертания, состоящие, преимущественно, из гранитовой или гранодиоритовой магмы. Кровля батолита обычно куполообразной формы и обнажается в местах размыва, где эрозия проникла на достаточную глубину. На Кольском побережье Баренцева моря они подняты выше уровня моря, боковые стенки батолита круто наклонены и относительно ровные. Интрузия расширяется с глубиной, и не имеет видимого дна. Однако по геофизическим данным у всех интрузивных массивов предполагается дно и под ним глубинный магматический бассейн [5].
Пространства, занятые батолитами, простираются на десятки километров в ширину и на несколько тысяч километров в длину.
Дайки представляют собой интрузивные тела, внедрившиеся в трещины разлома по линии наименьшего сопротивления и застывшие в форме неправильного ствола больших размеров. Различаются стоячие, косые и лежачие дайки, которые прорывают метаморфические породы. По прочности выделяются положительные и отрицательные дайки. Первые обладают большей твердостью и стойкостью к выветриванию и размыванию, чем вмещающие породы.
При обратных отношениях, когда материал даек быстрее разрушается, они носят название отрицательных и часто выделяются раскрытыми трещинами. Видимо, по ним
развивались долинные ледники во времена многократных оледенений в Приполярье.
На рис. 1 представлено фото аналогичного современного ледника на Шпицбергене, впадающего в море и выносящего огромное количество обломочного материала, из которого сформировывался изначальный порог-бар [2].
Часто трещины имеют «отрицательный наклон», в сторону материка, как бы «подныривающие» под берег. Такие трещины глубоко, возможно, на десятки и даже сотни метров, уходят в глубину.
Рис. 1
Движение воды в Мировом океане имеет большое геологическое значение, определяет интенсивность разрушительного воздействия на берега и дно, разносит, дифференцирует и отлагает осадочный материал по дну водоема.
Преобладающими ветрами в губе Долгой являются северные и северо-восточные, в меньшей степени - северо- западного направлений. Полуостров Териберский, прикрывает губу от восточных ветров, создает так называемую «волновую тень», в силу этого нагонная волна перемещает в устье губы обломочный материал.
У пологих берегов процессы протекают иначе, чем у отвесных берегов. Прибойная волна размывает берег и дно прилежащего мелководья, перемещая продукты разрушения главным образом к берегу. При малых углах наклона берега продукты разрушения уже в самом начале собираются у уреза воды, образуя пляж. В последующем скорость накопления обломочного материала у уреза воды может превышать скорость его образования от разрушения прибойной волной, и тогда формируется береговая отмель, что наблюдается у оконечности губы Долгой.
Главной причиной образования аккумулятивных и абразионных берегов является рефракция волн. Создание отсечной плотины, опирающейся бортовыми примыканиями на мысы, изменит гидрологические условия водоема и прежде всего его волновой режим. Подводный порог-вал в горловине губы Долгой формировался под влиянием двух факторов природной обстановки. Впадавший в каньон находящийся на плаву ледник переносил обломочный материал в море и по принципу «эффекта бульдозера» формировал подводный порог, аналогично тому, как это происходит сейчас на архипелаге Шпицберген. Новое поступление обломочного материала наращивает эту зародышевую аккумулятивную форму, и она превращается в подводный вал. При значительной высоте ва-
2/2009 ВЕСТНИК
ла на его верхнюю часть увеличивается воздействие волн вследствие чего материал, его слагающий, начинает перебрасываться на склон, обращенный к берегу, роль которого будет выполнять само тело отсечной плотины.
Аккумулятивный материал в районе подводного вала- бара довольно энергично мигрирует, перемещаясь слева направо и наоборот, в зависимости от преобладающего направления ветра [5]. Вероятно, совокупность аккумулятивных форм неизбежно будет возникать под воздействием ветров и нагонной волны как в процессе возведения отсечной плотины Северной ПЭС, так и во время ее эксплуатации.
Рис. 2
Нынешнее равновесное состояние подводного порога в горловине, поддерживаемое стремительными отливными движениями воды из губы, будет нарушено, это приведет к возникновению аккумулятивной зоны перед телом отсечной плотины (рис.2). Наброска аккумулятивного материала будет регулярной, весьма интенсивной и устойчивой. Увеличение размеров подводной наброски в ширину и в высоту у фронтальной части отсечной плотины не представляет реальной угрозы для самой плотины, но при проектировании рыбопропусков и судоходных шлюзов следует учесть этот вновь возникающий современный экзогенный геологический процесс.
Изложенное выше указывает на высокую сложность природных геоландшафтов морских акваторий и системы «берег-море» приполярных территорий. В этих условиях нарабатывался опыт, и выкристаллизовывалась методика производства полевых гидрологических, инженерно-геологических и геоэкологических изысканий, представленная в таблицах 1,2, 3.
Оптимальный состав инженерных изысканий определяется комплексом факторов природной среды в системе берег-море, которые и следует изучать [4]. Исходя из принципов и понятий «теории факторов», которая подразумевает под «природным фактором» активный компонент среды геоландшафтов, оказывающий влияние на определенный процесс, или как процесс, предопределяющий ход другого процесса, нами определен комплекс современных экзогенных и эндогенных геологических условий различных зон размещения северных ПЭС (табл. 1). При выборе региона для ПЭС производится математическое моделирование и расчеты гидрологических режимов [1].
Комплекс факторов геологической среды, среди которых ведущее место занимают современные экзогенные геологические процессы, развивающиеся в условиях подводных геоландшафтов, весьма отличен от субаэральных. Кроме того, эти процессы и явления тесно связаны, а в некоторых случаях предопределены рельефом окаймляющей
суши и примыкающего шельфа и гидрометеорологическими условиями Заполярья. Классификация форм рельефа арктического шельфа дана в табл. 2.
Методика инженерно-геологических исследований должна включать изучение геологической среды, взаимодействующей с сооружениями и ее рациональное использование, и способы защиты [3]. С учетом исследований фондовых материалов и зарубежной литературы нами определен оптимальный состав методов изучения геологических, гидрометеорологических и геоэкологических условий шельфа (табл. 3). В указанной таблице большое место отводится исследованиям гидрометеорологических условий, часто определяющих специфические вопросы строительства сооружений ПЭС. В условиях недостаточности нормативной базы в области инженерно-геоэкологических изысканий для ПЭС, нам представляется, что изложенный материал интересен для специалистов морской инженерной экологии во всех областях хозяйственной деятельности на шельфе. Важное место в системе инженерно- геологических и геоэкологических изысканий занимают биологические исследования донных биоценозов.
В данной работе по существу изложены структуры методов инженерной гидрометеорологии, геоэкологии и инженерной геологии района ПЭС, которые на наш взгляд, следует и далее всемерно развивать. Накопленный опыт подобных работ, приобретенный при проектировании северных ПЭС на арктическом побережье Баренцева, Белого и Охотского морей, позволяет предложить создание Межведомственной Правительственной Ассоциации «Морская инженерная геоэкология», способной организовать работы, перечисленные в табл. №3, накапливать фондовые и новые материалы, а так же экспертировать отчеты и материалы изысканий на шельфе. Такое ведомство целесообразно оснастить флотом для полевых исследований шельфа в любом регионе Земного Шара.
Литература
1. Бернштейн Л.Б., Гаврилов В.Г., Гельфер С.Б., Усачев И.Н. и др. Приливные электростанции. ОАО «Институт Гидропроект», М., 1994.
2. Болтунов В.А. Инженерно-геологические условия шельфа Северных морей и методика их исследований (на примере Баренцево-Карского шельфа), Изд. МГУ им. Ломоносова, М., 1979.
3. Болтунов В.А. Современные экзогенные геологические процессы в приполярных морях. «Вестник МГСУ», М., 2009.
4. Трофимов В.Т. Геоэкология. Изд-во МГУ им. Ломоносова, М.,2003.
5. Усачев И.Н., Дьяконов П.Ю., Болтунов В.А. Природные особенности створа для Северной приливной электростанции в губе Долгой на Арктическом побережье. «Малая энергетика», №4, ОАО «НИИЭС», М.,2008.
Ключевые слова: Приливная электрическая станция, ПЭС, Кольская губа, створ, инженерно-геологические изыскания, инженерно-геоэкологические изыскания, экзогенные геологические процессы, природная среда, шельф, геоландшафт, нагонная волна, прилив, акватория, аккумуляция, эрозия, трещины, ледник, гляциальные отложения.
Соавтор статьи Потапов А.Д. член Редакционного совета Вестника МГСУ
