CC BY
10
05.23.16 Гидравлика и инженерная гидрология | ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО 1' 2022
Оригинальная статья
УДК 502/504: 551.311.21
DOI: 10.26897/1997-6011-2022-1-70-75
РАЗВИТИЕ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В Р. ЧЕРЕК В РЕЗУЛЬТАТЕ СТРОИТЕЛЬСТВА КАШХАТАУСКОЙ ГЭС (КБР)
БАТЧАЕВ ИЛЬЯС ИБРАГИМОВИЧ, научный сотрудник
ЧИГИРОВА ЛЕЙЛЯ БАРАСБИЕВНА н, научный сотрудник
Высокогорный геофизический институт; 360030, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, пр. Ленина, 2, Россия
Цель работы - провести исследования, направленные на выявление опасных участков, примыкающих к населенному пункту Бабугент, в результате изменений русловых процессов на слиянии рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский. На данном участке проведены натурные обследования русел рек, резкие изменения которых начались со строительством плотины для Кашхатауской ГЭС в 1 км ниже по течению. В результате натурного обследования выявлены участки с большим количеством отложившегося материала в руслах рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский, а также размыв берегового склона надпойменной терассы, где расположено сельское кладбище. В соответствии с данными полевых работ проведены расчеты по определению высоты уровня воды в зависимости от максимальных расходов паводковых вод разной процентной обеспеченности. По результатам расчетов и натурных обследований определены зоны затопления и подтопления территорий с.п. Бабугент, который расположен между реками Черек Балкарский и Черек Безенгийский. В зону затопления и подтопления подпадают 22 приусадебных участка и домовладений частного сектора села. Даны рекомендации по проведению необходимых мероприятий для обеспечения безопасности жизнедеятельности людей и инфраструктуры села.
Ключевые слова: бассейн реки, максимальный расход, уровень воды, зона затопления, речные наносы
Формат цитирования: Батчаев И.И., Чигирова Л.Б. Развитие русловых процессов в р. Черек в результате строительства Кашхатауской ГЭС (КБР) // Природообустройство. - 2022. - № 1. - С. 70-75. DOI: 10.26897/1997-6011-2022-1-70-75.
© Батчаев И.И., Чигирова Л.Б., 2022
Original article
DEVELOPMENT OF RIVERBED PROCESSES IN THE CHEREK RIVER AS A RESULT
OF THE CONSTRUCTION OF THE KASHKHATAU HPP (KBR)
BATCHAEVILYASIBRAGIMOVICH, a researcher
CHIGIROVA LEILYA BARASBIEVNAH, a researcher
High-Altitude Geophysical Institute; 360030, Kabardino-Balkarian Republic, Nalchik, pr. Lenina, 2. Russia
The purpose of the work is to conduct research aimed at identifying dangerous areas adjacent to the village of Babugent as a result of changes in the channel processes at the confluence of the Cherek Balkarsky and Cherek Bezengiysky rivers. On this site, field surveys of channels were carried out, the .sharp changes of which began with the construction of a dam for the Kashkhatau hydroelectric power plant 1 km downstream. As a result of the field survey, areas with a large amount of deposited material in the beds of the Cherek Balkarsky and Cherek Bezengiysky rivers were identified, as well as erosion of the coastal slope of the floodplain terrace, where the rural cemetery is located. According to the data of the field work, calculations were carried out to determine the height of the water level depending on the maximum flow rates of flood water of different percentage provision. Based on the results
of the calculations and field surveys, the zones of flooding and underflooding of the territories of the Babugent village, which is located between the Cherek Balkarsky and Cherek Bezengiysky rivers, have been determined. 22 household plots and households of the private sector of the village fall into the zone of flooding and underflooding. Recommendations are given on carrying out the necessary measures to ensure the safety of people's livelihood and the infrastructure of the village.
Keywords: river basin, maximum flow, water level, flooding area, river-born sediments
Format of citation: Batchaev I.I., Chigirova L.B. Development of riverbed processes in the Cherek iver as a result of the construction of the Kashkhatau HPP (KBR) // Prirodoobustrojstvo. - 2022. - № 1. - S. 70-75. DOI: 10.26897/1997-6011-2022-1-70-75.
Введение. Реки Черек Балкарский и Че-рек Безенгийский берут начало с ледников Главного Кавказского хребта и несут свои воды на северо-восток, где, соединившись в один поток в районе с.п. Бабугент, образуют реку Черек, которая является рекой 4 порядка и относится к бассейну Каспийского моря. Водосборная территория этих рек расположена в горной и предгорной зонах, с расчлененным рельефом и большими перепадами высот. Выше слияния между реками расположилось с.п. Бабугент, причем р. Черек Балкарский протекает справа от села, а р. Черек Безенгийский - слева.
Длина рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский составляет 54 км и 51 км соответственно. Уклоны русел рек меняются от 200%о до 400%о и более. Река Черек Балкарский имеет 38 притоков, из которых 25 - селе-носные, а в реку Черек Безенгийский впадают 49 водотоков, в том числе 26 селеносных [1].
В период обильных осадков по селенос-ным притокам в русла рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский селевыми потоками выносится большое количество рыхлообломоч-ного материала. Ввиду больших уклонов русел рек вынесенный рыхлообломочный материал уносится потоком на большие расстояния, постепенно откладываясь ниже по течению. Максимальное количество отложения наносов приходится на период селевой активности с мая по сентябрь, когда проходит примерно 75% объема годового стока. Средние многолетние расходы по р. Черек Безенгийский колеблются от 4 м3/с в межень (декабрь-март) до 48,5 м3/с в половодье (май-сентябрь). Средние многолетние расходы по р. Черек Балкарский колеблются от 6 в межень (декабрь-март) до 69 м3/с в половодье (май-сентябрь). Наибольшие значения расходов воды, зафиксированные на гидрологических постах (!!!) р. Черек Безенгийский и ГП р. Черек Балкарский в с.п. Бабугент, - это 85,5 м3/с в 2016 г. (11 лет наблюдений) и 226 м3/с в 1953 г. (61 год наблюдений) соответственно. Данные представлены Кабардино-Балкарским центром гидрометеослужбы, филиалом ФГБУ «Северо-Кавказское УГМС».
Материалы и методы исследований.
В поймах р. Черек Балкарский и р. Черек Без-енгийский в черте населенного пункта Бабугент были проведены полевые работы для определения изменения русловых процессов и выявления зон затопления и подтопления при максимальных значениях подъема уровня воды в реке (рис. 1) [2].
Рис. 1. Зона обследования прибрежной полосы рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский
Fig. 1. The area of survey of the coastal strip of the rivers Cherek Balkarsky and Cherek Bezengiysky
При проведении натурных исследований были использованы измерительные инструменты: лазерный дальномер Nikon Laser 800s, лазерный измерительный прибор Leica DISTO A5, навигатор GPS MAP 64 ST, фотоаппарат Nikon COOLPIX S9500, а также географические карты, космо- и аэрофотоснимки.
Результаты исследований. Примерно в 1 км ниже слияния рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский находится водохранилище Кашхатауской ГЭС, строительство которой была начато в 1993 г. и завершено в 2006 г. В результате строительства плотины водная гладь водохранилища растянулась примерно на 3 км, затопив всю пойму р. Черек Балкарский.
Ширина поймы на данном участке в пределах с.п. Бабугент составляет от 160 м до 215 м. До строительства плотины максимальная ширина реки здесь составляла 12-15 м. В результате подъема уровня воды в водохранилище скорости водных потоков рек резко снизились и влекомые наносы начали откладываться непосредственно в районе с.п. Бабугент [3]. В этой зоне мутность воды изменяется в пределах от 0% в зимние месяцы до 2% по весу летом в паводки. Количество взвешенных наносов, проносимых реками Черек Балкарский и Черек Безенгийский за год, колеблется от 675,4 до 1045,1 тыс. т [4, 5].
Значительные объемы наносов, проносимые р. Черек Безенгийский, откладываются в районе слияния и примерно на 3/4 перекрыли в поперечном направлении пойму основной р. Черек, оттеснив р. Черек Балкарский к правому берегу. Отложения речных наносов на этом участке - это в основном среднезерни-стый материал. Мощность их достигает 2 м, а более мелкие частицы наносов откладываются ниже по течению, заполняя рабочий объем водохранилища (рис. 2) [6].
Рис. 2. Место слияния рек Черек Балкарский и Черек Безенгийский
Fig. 2. Place of the confluence
of the Cherek Balkarsky and Cherek Bezengiysky rivers
Вследствие отложения наносов поднялся уровень ложа р. Черек Безенгийский и появилась угроза размыва правобережного склона, где расположено сельское кладбище, а выше по течению на 1,5 км произошло затопление участков домовладений сельчан, которые вплотную примыкают к пойме реки. Левобережная надпойменная терраса на данном участке имеет высоту от 12 до 25 м, а максимальная высота правобережной составляет 0,1-1 м. Поэтому при прохождении паводковых вод, особенно на поворотных участках, река, не встречая препятствий, разливается в правую сторону, затапливая прибрежную территорию. Для предотвращения затопления ежегодно на данном участке вдоль
правого берега в пойме реки по распоряжению представителей местной власти периодически сооружается дамба из местного грунтового материала. В паводковый период бурные воды реки размывают дамбу, и весь грунтовый материал уносится потоком, откладываясь ниже по течению в районе слияния с р. Черек Балкарский.
Наибольшую угрозу с.п. Бабугент представляют наносы реки Черек-Балкарский (в основном мелкозернистый материал, который откладывается с верховой стороны от поперечной преграды вследствие малых скоростей), что привело к подъему уровня ложа поймы реки примерно на 1,5 м. Глубина же воды вдоль левого берега колеблется от 1,5 до 2 м. В результате подъема уровня воды частные домовладения с.п. Ба-бугент вдоль левого берега р. Черек Балкарский оказались в зоне затопления и подтопления. Осмотр частных домовладений в прибрежной полосе с опросом местных жителей показал, что в паводковый период фактически затоплению и подтоплению подвергаются 12 домовладений. В подвалах этих домов наблюдается высачива-ние грунтовых вод до 0,2-0,3 м и более.
Для обозначения границы зоны затопления проведены расчеты высоты уровня стока в зависимости от максимальных значений расходов воды в реке.
По данным гидрологического поста, на р. Черек Балкарский с.п. Бабугент максимальный расход воды 1%-ной обеспеченности составляет 226 м3/с. Длина реки составляет 51 км, площадь водосбора - 695 км2, средняя высота водосбора -2590 м, средневзвешенный уклон русла - 75%о.
На территории исследования прибрежной полосы р. Черек Балкарский заложено три створа для более подробного изучения гидрологических параметров русла [2].
Расчетные наивысшие уровни воды дождевых паводков определены по кривым зависимости К = по формуле Шези с использованием данных полевых работ [7-11]:
^ = Уа V = с^Ш Я = - С =1Я1/6,
X п
где К - высота стока воды, м; а - площадь смоченной поверхности, м2; х - периметр смоченной поверхности, м; Я - гидравлический радиус, м; С - коэффициент Шези; У- скорость потока, м/с; 0> - расход воды, м3/с; п - коэффициент шероховатости русла, определяемый по приложению Б (табл. Б.12) [2]; для створов № 1, № 2 и № 3 п = 0,065; I - уклон русла в створе, определяемый по данным натурных обследований (для створа № 1 составляет 0,015, для створа № 2-0,015, для створа № 3-0,015.
Расчеты основных параметров водного потока для створов № 1, № 2, № 3 р. Черек Балкарский с.п. Бабугент приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные параметры водного потока для створов № 1, № 2 и № 3 Key parameters of water flow for alignments № 1, № 2 and № 3
Table 1
№ Створа Высота стока h, м Площадь, ы, м2 Смоченный периметр, x, м Watered perimeter, x, m Гидравлический радиус R, м Hydraulic radius R, m Уклон Коэффицент Шези, с Скорость V, м/с Расход Q, м3/с
№ of alignment Height of the flow h, m Area, a, m2 Slope Coefficient Chezi, s Velocity V, m/s Flow Q, m3/ s
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0,4 57,2 144,24 0,396 0,015 13,18 1,01 57,8
1 0,7 100,5 144,81 0,694 0,015 14,47 1,48 148,8
1 1,0 143,6 145,8 0,985 0,015 15,34 1,86 267,1
2 0,3 58,13 203,9 0,285 0,015 12,476 0,81 47,4
2 0,5 98,84 204,35 0,4837 0,015 13,626 1,16 114,6
2 0,7 139,45 205,74 0,6778 0,015 14,41 1,45 202,2
2 0,8 160,21 190,68 0,84 0,015 14,94 1,677 268,7
3 0,4 60,8 153,72 0,3955 0,015 13,177 1,01 61,4
3 0,6 91,2 154,48 0,59 0,015 14,086 1,32 120,4
3 1,0 152,2 156,1 0,975 0,015 15,31 1,85 281,6
По кривым зависимости К = /(0*) определены значения высоты стока и уровня воды в створе от максимального расхода воды разных обеспеченностей.
Высота стока и уровня воды в створах русла р. Черек Балкарский с.п. Верхняя Бал-кария в зависимости от максимального расхода воды разной процентной обеспеченности
приведена в таблице 2. Для определения уровня воды в русле реки используется Балтийская система высот.
В районе заложения 1 створа высота левобережной надпойменной терассы достигает 9 м и более, а максимальная высота стока - 0,9 м, поэтому угроза затопления на этом участке отсутствует.
Таблица 2
Высота стока и уровня воды в русле реки в зависимости от расхода воды
Table 2
Height of the flow and water level in the river channel depending on the water flow
Параметр Parameter № створа № of alignment Р%
Qp%, м3/с 1 3 5 10 25 50
226,0 178,54 169,50 135,60 99,44 67,80
h, м 1 0,9 0,75 0,72 0,61 0,52 0,44
H, мБС 1 748,9 748,75 748,72 748,61 748,52 748,44
h, м 2 0,75 0,63 0,6 0,52 0,44 0,35
H, мБС 2 743,75 743,63 743,6 743,52 743,44 743,35
h, м 3 0,88 0,75 0,71 0,60 0,50 0,44
H, мБС 3 741,88 741,75 741,71 741,60 741,50 741,44
На территории, прилегающей к сельскому кладбищу со стороны р. Черек Балкарский в районе заложения створа № 3, высота надпойменной террасы достигает 8-10 м, а максимальная высота стока - 0,88 м. Угроза затопления данного участка также отсутствует. Затапливается зона прибрежной полосы в районе заложения створа № 2, где перепад высот от частных домовладений до НПУ (нормальный подпорный уровень) водохранилища
составляет всего 0,4-0,5 м, максимальная высота стока составляет 0,75 м (рис. 3) [7].
Проведенные расчеты показали, что при прохождении паводка 10%-ной обеспеченности (один раз в 10 лет) высота стока в реке поднимается на 0,52 м, и прибрежная полоса с домовладениями оказывается в зоне затопления. При прохождении же паводка 1%-ной обеспеченности (один раз в 100 лет), где высота стока будет составлять 0,75 м, в зону
затопления и подтопления подпадают 22 домовладения с приусадебными участками.
Рис. 3. Зона затопления территории частных домовладений
Fig. 3. Flood zone of the territory of private households
Выводы
Большие объемы наносов, выносимые горными реками, создают дополнительные трудности при эксплуатации ГЭС, сокращая рабочий объем водохранилища, а также несут угрозу для жизнедеятельности и инфраструктуры населенных пунктов, расположенных в прибрежных зонах рек и водохранилищ.
Вследствие сооружения плотины Кашха-тауской ГЭС образовалось водохранилище ниже слияния рек Черек Балкарский и Черек Без-енгийский. Это привело к резкому снижению
Библиографический список
1. Кадастр селевой опасности юга европейской части России / Под ред. Н.В. Кондратьевой. - М.: ООО «Феория», 2015. - 144 с.
2. РД 52.30.238-89. Руководство селесто-ковым станциям и гидрографическим партиям. - Вып. 1. Организация и проведение работ по изучению селей. - М.: Гидрометео-издат, 1990. - 200 с. - URL: https://mgk-ip.ru/ docs/1200082883/0/0.
3. Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 455 с.
4. Справочник по водным ресурсам СССР. - Т. 10. Северный Кавказ. - Л.: Редиздат, 1936. - 1095 с. - URL: https://search.rsl.ru/ru/ record/01008990250.
5. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. - Т. 8. - Л.: Гидрометеоиздат. 1964. - 311 с. URL: https://search.rsl.ru/ ru/record/01008282466.
6. Батчаев И.И., Чигирова Л.Б. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Бассейн реки Терек: проблемы регулирования, восстановления и реабилитации
скоростей водных потоков и отложению огромного количества мелко- и среднезернистого материала в поймах рек в районе с.п. Бабугент, что в свою очередь привело к затоплению и подтоплению частного сектора села и размыву склона надпойменной террасы, где расположено кладбище.
Для предотвращения угрозы жизнедеятельности населения необходимы мероприятия по укреплению береговых склонов.
По реке Черек Хуламский, в районе сельского кладбища, где наблюдается размыв прибрежного склона с угрозой разрушения территории кладбища, необходимо провести берегоукрепительные мероприятия.
Необходима периодическая очистка поймы реки от наносов в месте слияния с р. Черек Балкарский.
Выше кладбища, на всем протяжении села, необходимо провести руслорегулирую-щие работы. Для этого рекомендуется железобетонное сооружение - водоотводящая дамба с обратной засыпкой высотой не менее 1,5 м.
По реке Черек Балкарский, в пойме реки, на всем протяжении селения Бабугент накопилось большое количество отложений наносов. На данном участке необходимы работы по очистке русла от наносов.
Следует также рассмотреть возможность переселения семей, домовладения которых находятся в зоне затопления и подтопления.
References
1. ^dastr selevoj opasnosti yuga evropej-skoj chasti Rossii / Pod red. N.V. Kоndratjevoj. -M.: ООО ^nya", 2015. - 144 s.
2. RD52.30.238-89. Rukovodstvo selestokovym stantsiyam i gidrograficheskim partiyam. Vyp. 1. Оrganizatsiya i provedenie rabot po izucheniyu selej. - M.: Gidrometeoizdat, 1990. - 200 s. https://mgk-ip.ru/docs/1200082883/0/0
3. Bаryshnikov N.B., Popov I.V. Dinami-ka ruslovyh potokov i ruslovye potsessy. - L.: Gidrometeoizdat. 1988. - 455 s.
4. Spravochnik po vodnym resursam SSSR t. 10. Severnyj Kavkaz. - L.: Redizdat. 1936. -1095 s. https://search.rsl.ru/ru/record/01008990250
5. Resursy poverhnostnyh vod SSSR. Gi-drologicheskaya izuchennost t. 8. - L.: Gidrometeoizdat, 1964. - 311 s. https://search.rsl.ru/ ru/record/01008282466
6. Batchaev I.I., Chigirova L.B. Trudy Vse-rossijskoj nauchno-prakticheskoj konferentsii "Bas-sijn reki Terek: problemy regulirovaniya, vossta-novleniya i reabilitatsii vodnyh objektov". - Pyatigorsk: ОАО "Sevkavgiprovodhoz", 2015. -S. 129-131.
водных объектов». - Пятигорск: ОАО «Севкав-гипроводхоз», 2015. - С. 129-131.
7. Михайлов В.Н., Добролюбов С.А.
Гидрология: Учебник для вузов - М.; Берлин: Директ-Медиа, 2017. - 752 с.
8. Спицын И.П., Соколова В.А. Общая и речная гидравлика: Учебник для вузов. -Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 358 с.
9. Международное руководство по методам расчета основных гидрологических характеристик / Гос. ком. СССР по гидрометеорологии и контролю природ. среды, Межвед. ком. СССР по междунар. гидрол. прогр.; Сост. А.В. Рождественский и др. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 247 с.
10. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселева. - М.: «Энергия», 1972. - 238 с.
11. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. - Л.: «Недра», 1977. - 479 с.
Критерии авторства
Батчаев И.И., Чигирова Л.Б. выполнили теоретические исследования, на основании которых провели обобщение и написали рукопись. Батчаев И.И., Чигирова Л.Б. имеют на статью авторское право и несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов Статья поступила в редакцию: 14.10.2021 г. Одобрена после рецензирования 21.01.2022 г. Принята к публикации 09.02.2022 г.
7. Mikhailov V.N., Dobrolyubov S.A. Gi-
drologiya: uchebnik dlya vuzov. - М.; Berlin: Direkt-Media, 2017. - 752 s.
8. Spitsyn I.P., Sokolova VA. Obshchaya i rechnaya gidravlika: uchebnik dlya vuzov. - L.: Gidrometeoizdat, 1990. - 358 s. ISBN5-286-00437-7 (V per.)
9. Mezhdunarodnoe rukovodstvo po metodam rascheta osnovnyh gidrologicheskih harakte-ristik / Gos. kom. SSSR po gidrometeorologii i kon-trolyu prirod. sredy, Mezhved. kom. SSSR po me-zhdun. gidrol. progr.; [Sost. A.V. Rozhdestvenskij i dr.]. - L.: Gidrometeoizdat, 1984. - 247 s.
10. Spravochnik po gidravlicheskim ra-schetam / Pod red. Kiseleva P.G. - M.: "Ener-giya", 1972. - 238 s.
11. Lomtadze V.D. Inzhenernaya geolo-giya. - L.: "Nedra", 1977. - 479 s.
Criteria of authorship
Batchaev I.I., Chigirova L.B. carried out theoretical studies, on the basis of which they generalized and wrote the manuscript. Batchaev I.I., Chigirova L.B. have a copyright on the article and are responsible for plagiarism. Conflict of interests
The authors state that there are no conflicts of interests The article was submitted to the editorial office 14.10.2021 Approved after reviewing 21.01.2022 Accepted for publication 09.02.2022
