CC BY
26
УДК 528.472
ЦИКЛЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТЬ-ИЛИМСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ РАЗВИТИЯ АБРАЗИОННО-АККУМУЛЯТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ
1 9
© Т.А. Ташлыкова1, Е.А. Лукьянова2
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128. 2Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
С наполнением Усть-Илимского водохранилища в его береговой зоне начала развиваться абразия, входящая в десятку опасных геологических процессов. В ходе исследования установлено влияние циклов эксплуатации транзитного Усть-Илимского водохранилища на интенсивность проявления и развития абразионно -аккумулятивных процессов. Установлено, что основное преобразование береговой зоны водоема совпало с циклом 1 эксплуатации и маловодными годами в Ангарском водном бассейне. Ил. 2. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: режим эксплуатации водохранилища; абразия; береговая зона; геологические опасные процессы; уровень.
UST-ILIM RESERVOIR OPERATION CYCLES AND THEIR INFLUENCE ON ABRASION-ACCUMULATIVE PROCESS DEVELOPMENT INTENSITY
1Ташлыкова Татьяна Алексеевна, инженер аналитического центра, тел.: 89645441803, e-mail: tta1964@mail.ru Tashlykova Tatyana, Engineer of the Analytical Centre, tel.: 89645441803, e-mail: tta1964@mail.ru
2Лукьянова Елена Александровна, доцент кафедры общеобразовательных дисциплин, тел.: 89086600353, e-mail: LukIrGTU@yandex.ru
Lukyanova Elena, Associate Professor of the Department of General Educational Disciplines, tel.: 89086600353, e-mail: Lu-kIrGTU@yandex.ru
ВЕСТНИК ИрГТУ №9 (80) 2013
109
T.A. Tashlykova, E.A. Lukyanova
Institute of the Earth's Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Since the Ust-Ilim reservoir had been filled the abrasion that is one of the ten most dangerous geological processes began to develop in its coastal zone. The conducted study identified the influence of the transit Ust-Ilim reservoir operation cycles on the manifestation and development intensity of abrasion-accumulative processes. It is found that the main transformation of the reservoir coastal zone concurred with the operation cycle 1 and low-water years in the Angara water basin.
2 figures. 4 sources.
Key words: reservoir operation mode; abrasion; coastal zone; dangerous geological processes; level.
Создаваемые человеком водохранилища представляют собой сложные природно-технические водные объекты, имеющие разные типы назначений. Кроме того, они динамично развиваются и как природные объекты, хотя создаются и управляются человеком. Изменения в природной среде в связи с созданием водохранилищ проявляются практически во всех частях геосферы, приводя к их значительной трансформации.
Особое место среди таких водоёмов занимают водохранилища энергетического назначения, воздействие которых на береговую зону значительнее и специфичнее. С их эксплуатацией в большинстве случаев начинает развиваться абразия береговой зоны - один из геологических процессов, входящих в первую десятку опасных природных процессов. Поэтому водохранилища как антропогенные водоёмы представляют собой минилаборатории, где можно наблюдать как развитие унаследованных природных процессов, так и возникновение новых под действием активного современного техногенеза.
В настоящей статье представлен анализ данных по уровенному режиму Усть-Илимского водохранилища (данные Иркутскгидрометцентра) в сопоставлении с данными по развитию абразии на стационарных участках, собранных Усть-илимским береговым отрядом Института земной коры АН СССР за период с 1976 по 1990 гг., а также рассматривается интенсивность развития абразионного процесса под действием выбираемых режимов эксплуатации в энергетических целях. Уровенный режим Усть-Илимского водохранилища формируется и контролируется Федеральным агентством водных ресурсов Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации (ФАВР МПРиЭ РФ).
При формировании третьей ступени в Ангарском каскаде ГЭС произошло наполнение крупного и глубоководного Усть-Илимского водохранилища с возведением высоконапорной плотины одноименного гидроузла, что позволяет отнести данный водоём к самым глубоководным водохранилищам мира с транзитным положением в цепочке одного из крупнейший каскадов мира - Ангарского. Искусственно образованный водный объект с сезонным типом регулирования стока имеет площадь 1873 км2 и объём 59 км , при этом рабочая призма водоёма составляет всего 2,77 км с небольшой величиной сработки уровня - до 1,5-2 м [2].
Объём воды Усть-Илимского водохранилища зависит в основном (более 90%) от сработки вышерасположенного Братского (водоёма с многолетним типом регулирования стока), остальная часть приходится на боковую приточность. Сезонный тип регулирования стока Усть-Илимского водохранилища (с небольшой величиной сработки уровня) на фоне его транзитного положения в системе Ангарского каскада водохранилищ энергетического назначения определяет формирование сложного годового хода его уровня, который обременён чередованием не менее чем два раза в год выраженных фаз режимного наполнения и сработки водохранилища в энергетических целях.
По амплитуде колебания уровня, продолжительности его нахождения на определённых эксплуатационных отметках относительно нормального подпорного уровня (НПУ) в многолетнем ходе уровня до 2001 г. Г.И. Овчинниковым выделено 4 цикла эксплуатации (рис. 1) [1]. В статье детально рассмотрено влияние первых двух циклов на интенсивность развития абра-зионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне Усть-Илимского водохранилища.
В период цикла 1, совпавшего с маловодными годами в Ангарском водном бассейне, базовое наполнение водоёма происходило в течение всего мая. Ежегодно, достигнув линии НПУ, осуществлялась его первая режимная сработка, призванная утилизировать накопленную воду за первую часть тёплого периода года путём выведения работы Усть-Илимского гидроузла на максимально возможные и стабильные объёмы по выработке электроэнергии. При этом такое непродолжительное обводнение пород берега на фоне последующей режимной глубокой сработки уровня в энергетических целях в течение всего цикла 1 определяло уменьшенную волновую нагрузку на береговые уступы в пределах НПУ и увеличивало переработку берега в зоне бенча.
В осенний период начинается второе режимное наполнение водоёма с целью накопления необходимых водных объёмов в предстоящий зимне-весенний этап работы Усть-Илимского гидроузла. В этот период береговые уступы начинают промерзать, и обводнение от повышающегося уровня затрагивает в основном только среднюю часть берегового уступа. Особенностью данного цикла является максимальная амплитуда колебания уровня из всего периода эксплуатации Усть-Илимского водохранилища (до 4 м) с проведением глубокой сработки уровня часто в экстре-
мальных режимах (9 раз за семь лет) (рис. 1) [3]. Такое положение обусловливалось сложившимися кризисными экономическими причинами в Сибирском регионе, где в условиях маловодья во всем Ангаро-Енисейском водном бассейне ангарским ГЭС пришлось выполнять роль регуляторов балансов электроэнергии всего энергообъединения Сибири [2]. С этой ситуацией и была связана повышенная эксплуатация Усть-Илимского гидроузла и созданного при нём напорного водохранилища в цикле 1.
В результате учащённого режимного обводнения грунтов береговой зоны в течение каждого сезона происходило нарушение их внутренних структурных связей в сторону ослабления и, соответственно, ускоренного разрушения. В ходе обработки полевых материалов по развитию абразионно-аккумулятивных процессов на стационарных участках водоёма выяснено, что за время цикла 1 в береговой зоне активно проявлялся абразионный процесс (рис. 2), являясь доминирующим, со значительными объёмами размыва относительно многоводного периода. Максимальное проявление абразии в целом в береговой зоне зафиксировано на двух участках. Так, в суглинках участка «Воробьёво» абразия побережья составила более 50 м3/пог м берега, прибрежной зоны - свыше 90 м3. На побережье участка «Бумбей» размыв пород мамыр-ской свиты ордовика составил свыше 60 м3. Аккумулятивный процесс в этом цикле не имел широкого развития, он проявился только на некоторых участках в прибрежной зоне (см. рис. 2). Выраженная аккумуляция на побережье отмечена только на участке «Воро-бьёво», её проявление оказалось в два раза меньше в сравнении с подобными значениями в прибрежной зоне этого участка. Таким образом, в период цикла 1 эксплуатации Усть-Илимского водохранилища, характеризующегося максимальными амплитудами колебания уровня и его сработкой (часто в экстремальном режиме), активное развитие получил абразионный процесс в целом в береговой зоне водоёма. Аккумуля-
тивный процесс не имел широкого развития, проявившись фрагментарно на побережье только отдельных участков водоёма, в прибрежной же зоне он оказался выраженным ярче.
Цикл 2, совпавший с многоводными годами в Ан-гаро-Енисейском водном бассейне, характеризуется увеличением количества выпавших осадков и боковой приточности водоёма, в результате чего произошло смещение эксплуатационных отметок Усть-Илимского водохранилища выше линии НПУ. Кроме того, в этот цикл режимная сработка уровня была снижена до 2,02,5 м, что нашло отражение на изменении сезонного хода уровня. В результате грунты берега 2/3 продолжительности каждого года этого цикла находились в постоянно обводнённом состоянии, а сам водоём - в состоянии предельной наполненности с осуществлением по отдельным годам вынужденных холостых сбросов воды через все водосливы плотины [4].
Несмотря на то что в данный цикл (при переходе на эксплуатационные отметки в пределах НПУ и выше) в абразионный процесс оказался вовлечённым «новый» пласт грунтов. В ходе исследования выяснилось, что интенсивность размыва в береговой зоне водоёма за время цикла 2 (относительно цикла 1) оказалась сниженной в 1,5-3 раза. Так, на берегах широтного Шамановского расширения произошло приращение длины абразионных берегов, и возникла необходимость в заложении двух новых стационарных участков - Левого и Правого Шамановских. Установлено, что за время данного цикла абразия в береговой зоне Шамановского расширения, сложенного породами мамырской свиты ордовика, протекает в 1,5-2 раза интенсивнее, чем на участке «Бумбей» рядом расположенного широтного Седановского расширения, также представленного породами мамырской свиты. При этом более интенсивно абразия проявляется на побережье водоёма. Аккумулятивный процесс побережья Шамановского расширения в 2 раза менее выражен, чем в прибрежной зоне.
Рис. 1. Многолетний ход уровня и циклы эксплуатации Усть-Илимского водохранилища (с использованием материалов Г.И. Овчинникова [1])
Рис. 2. Развитие абразионно-аккумулятивных процессов на стационарных участках Усть-Илимского
водохранилища за циклы эксплуатации 1 и 2
В береговой зоне стационарных участков, сложенных рыхлыми отложениями, развитие получили оба процесса. Однако оказалось, что абразия более выражена в прибрежной зоне. Аккумулятивный процесс с высокой степенью интенсивности протекает в прибрежной части береговой зоны, фрагментарно проявляясь на отдельных участках побережья. Отмечено, что преобладающее развитие в данном цикле получил аккумулятивный процесс, который в цикл 2 (относительно цикла 1) по отдельным участкам увеличился от 2 до 6 раз (см. рис. 2). Особо выделяется развитие аккумулятивного процесса в прибрежной зоне участка «Воробьво» (свыше 12 м3).
Итак, в ходе исследования установлено, что:
1) многолетний ход уровенного режима Усть-Илимского водохранилища отражает изменение объёма водной массы во времени под влиянием природ-но-техногенных факторов;
2) водный объём Усть-Илимского водохранилища в основном зависит от сработки Братского водохранилища (учитывая, что все водохранилища каскада работают в компенсационном, взаимозависимом режиме);
3) циклы эксплуатации Усть-Илимского водохранилища по-разному влияют на интенсивность прояв-
ления абразионно-аккумулятивных процессов:
- за время цикла 1 перестройка всей береговой зоны водоёма происходила самым активным образом с интенсивным развитием преимущественно абразии и формированием сезонного (регулярно меняющегося) рельефа и профиля берега;
- за время цикла 2 интенсивность проявления абразии во всей береговой зоне снижается в 2-3 раза; аккумулятивный процесс максимальное развитие получает в прибрежной зоне, отдельными участками проявляясь и на побережье водоёма;
4) основное переформирование береговой зоны с активным проявлением абразии происходило в первые годы функционирования водоёма, совпавшие с циклом 1 эксплуатации Усть-Илимского водохранилища и маловодными годами во всём Ангаро-Енисейском водном бассейне.
Таким образом, в ходе эксплуатации глубоководного Усть-Илимского водохранилища в энергетических целях были применены разные режимы его эксплуатации. В ходе проведённого исследования была выяснена степень воздействия каждого из рассмотренных режимов на береговую зону с выявлением интенсивности протекания главных берегоформирующих процессов во время каждого из циклов.
Библиографический список
1. Овчинников Г.И. Динамика береговой зоны ангарских водохранилищ: автореф. дис. ... д-ра геогр. наук. Иркутск, 2003. 50 с.
2. Савельев В.А. Современные проблемы и будущее гидроэнергетики Сибири. Новосибирск: Наука, 2000. 200 с.
3. Ташлыкова Т.А., Лукьянова Е.А. Анализ сезонной изменчивости уровня воды Усть-Илимского водохранилища по
характерным годам периода эксплуатации // Вестник ИрГТУ. 2011. № 3. С. 17-24.
4. Tasztykowa T.A. Wahania poziomu wody w zbiorniku Ust'-Ilimskim jako pochodna warunkow klimatycznych i czynnika antropogenicznego. W.: Petka-Gosciniak J., Rahmonov O. (red.): Wybrane zagadnienia antropopresji. WNoZ US, Sosno-wiec. 2009. 33-48.
