Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зон переменного подпора Братского водохранилища

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зон переменного подпора Братского водохранилища"

На правах рукописи

Хак Виктория Аркадьевна

Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зон переменного подпора Братского водохранилища (на примере Ангарской акватории)

Специальность 25 00 08. - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск-2006

Работа выполнена в лаборатории инженерной геологии и геоэкологии Института земной коры СО РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Тржцинский Юрий Болеславович

Научный консультант: доктор географических наук_

[Овчинников Геннадий Иннокентьевич 1

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Хабидов Александр Шамильевич

кандидат геолого-минералогических наук, профессор Серова Галина Егоровна

Ведущая организация: Иркутский Государственный

Технический Университет

Защита диссертации состоится 27 апреля 2006 г. в 9м часов на заседании диссертационного совета Д 003 022 01 при Институте земной коры СО РАН по адресу 664033, Иркутск, ул Лермонтова, 128

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН

Автореферат разослан марта 2006 г

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю к г -м н. Л.П Алексеевой, e-mail lalex@cnistirk.ru , fax (3952) 426900

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Алексеева Л П

¿ообД

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Создание таких ириродно-технических систем, как водохранилища, неизбежно влечет за собой преобразование геологической срг-'.г По мере активизации экзогенных геологических процессов (ЭГП), являющейся результатом техногенного прессинга, осложняется геоэкологическая обскшоила территории в целом Важным моментом в решении проблемы рационального использования и охраны прибрежных территорий водохранилищ является выявление и изучение закономерностей развития процессов в условиях необратимо измененной геологической среды.

Братское водохранилище, являясь вторым по величине искусственным водоемом в мире, созданным в сложнейших инженерно-геологических условиях Восточной Сибири, занимает особое место среди основных геоэкологических проблем данного региона. В свою очередь, при эксплуатации водоема большое значение приобретает изучение закономерностей развития и динамики ЭГП в переменного подпора, характеризующихся особыми гидродинамическими у<-чоч"1*-и отличающихся от подобных зон в других водохранилищах. Кроме того, территория, прилегающая к зоне переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре, является наиболее населенной в Иркутской области и интенсивно используется в промышленной сфере, в силу чего подвержена мощным техногенным нагрузкам и нуждается в эффективных мерах защиты и охраны геологической среды В связи с этим геоэкологическая оценка развития процессов и явлений и их воздействия на среду представляет собой актуальную научную проблему.

Цель работы состоит в выявлении основных закономерностей развития и взаимодействия ЭГП, характерных для зон переменного подпора Братского водохранилища, и выполнении геоэкологической оценки воздействия этих процессов на прибрежные территории.

Задачи исследование:

1. Используя опыт предшественников и результаты личных исследований, проанализировать весь комплекс условий и факторов, влияющих на развитие абразионных, аккумулятивных и эоловых процессов, развивающихся в пределах зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.

2. Выявить закономерность развития абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне в зависимости от особенностей уровенного режима зоны переменного подпора.

3. Изучить закономерности развития и динамики эоловых процессов, активных на отдельных участках зоны переменного подпора.

4. Провести анализ данных, полученных в 1982-1986 г.г. при исследованиях дна зоны переменного подпора по р. Ангаре, и выявить динамику подводных форм рельефа и характер осадконакопления.

5. Выполнить геоэкологическую оценку воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем.

Охарактеризована зона переменного подпора Братского водо^рнилип"» по Ангаре с точки зрения развития абразионно-аккумулятивных и зояовы:; ароцс. ч

комплекса факторов, влияющих на масш габы и интенсивное! ь их проявления

Получены новые данные по соотношению и цикличности абразионных и аккумуля1ивных процессов в зависимости от перемещения границы подпора водоема

Детально проанализированы данные эхолотиропания, проведенного в пределах верхней части зоны переменного подпора, что позволило установить основные закономерности динамики донных форм рельефа и характер слагающих их отложений.

Выявлены основные этапы развития эоловых процессов на стационарном участке Нельхай

Впервые выполнена геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре

Исходные материалы. В основу диссертационной работы положен фактический материал, полученный автором в течение 2001-2005 г г при экспедиционных исследованиях в пределах Братского водохранилища, а именно, результаты режимных наблюдений на геодинамических стационарах лаборатории В ходе работы выполнена обработка и анализ материалов эхолотирования, проводившегося в период с 1982 по 1986 г г Кроме того, использованы данные литературных и фондовых источников.

Личный вклад автора. В течение 2001-2005 г г автором проведены экспедиционные исследования на участках развития абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов в верхнеангарском районе Братского водохранилища

Выполнен анализ данных за период 1976-1995 г.г по развитию абразионных процессов на нескольких стационарных участках в пределах изучаемой территории, получены морфометрические характеристики подводной и осушенной частей отмели Построены графики, отображающие цикличность и соотношение абразионных и аккумулятивных процессов на фоне условий переменного подпора Определены объемы и ширина отступания бровки берегового склона за каждый год исследуемого периода.

Обработаны и проанализированы эхограммы и числовые данные промеров дна зоны выклинивания подпора Братского водохранилища, выполненных в 1982-1986 I г. На основе полученных результатов выявлены основные закономерности развития и динамики донных форм рельефа в условиях переменного подпора водохранилища, а также составлена динамическая карта-схсма распространения регулярных гряд в зоне подпора по р. Ангаре

При проведении экспедиционных работ изучены 6 разрезов песчаных отложений на участках развития эоловых процессов. Эти исследования позволили выявить основные этапы развития эоловых процессов и определить средние скорости осадконакопления в эти этапы. Автором выполнен анализ гранулометрического состава эоловых отложений ситовым методом и рассчитаны такие характеристики, как медианный диаметр, коэффициенты сортированности и асимметрии Построены графики, отображающие характер изменения данных параметров в песчаных наносах по профилям берегового склона и по глубине разрезов. Проанализированы аэрофотоснимки одного из участков развития эоловых процессов за 1969 и 1980 года Произведена сравнительная характеристика эоловых полей и определены их площади Составлена гсодинамическая карта-схема распространения ОГП в пределах

данного участка.

Практическое значение работы. Результаты проведенных исследований представляют практический интерес для широкого круга специалистов, занимающихся проблемами освоения и рационального использования прибрежных территорий Братского водохранилища Выводы, полученные при изучении динамики форм донного рельефа в пределах верхней части водохранилища, помогут в решении проблем, возникающих при планировании и осуществлении судоходной деятельности Кроме того, выполненные исследования позволяют произвести оценку современного состояния территорий, находящихся в пределах зон переменного подпора, выявить основные факторы негативного воздействия водоема на геологическую среду и внести некоторые рекомендации в эксплуатационный режим Братского водохранилища, а в дальнейшем разработать методы защиты и охраны природы в целом.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, симпозиумах и семинарах: Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск - 2002); VII, VIII Международных научных симпозиумах имени ак. М.А Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск - 2003, 2004); XX, XXI Всероссийских молодежных конференциях «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск - 2003, 2005), VI Всероссийской молодежной школе-семинаре «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (г. Томск - 2005).

Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 10 работ, из них 3 - за рубежом.

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав (глава 1 Современное состояние проблемы изучения берегоформирующих процессов на водохранилищах; глава 2: Общая характеристика района и методика исследований; глава 3; Факторы воздействия на динамику береговой зоны; глава 4: Экзогенные геологические процессы; глава 5: Геоэкологическая оценка воздействия процессов на прибрежные территории) и заключения Объем работы 143 стр., в том числе 44 рисунка, 9 таблиц; список использованной литературы составляет 96 наименований.

Автор искренне благодарен и признателен научным руководителям: доктору геолого-минералогических наук, профессору Ю.Б. Тржцинскому за внимательное отношение, поддержку и советы при выполнении и обсуждении работы и доктору rcoi-рафических наук (Г.И. Овчинникову! — за формирование научных взглядов автора, за организацию и помощь в проведении экспедиционных работ За ценные замечания и отзывы, полученные при подготовке работы, автор благодарит д.г.-м.н , профессора Т.Г. Рященко, к.г.-м.н. С.Х. Павлова, к г.-м.н F. А Козыреву. Также, автор выражает благодарность к.г.-м.н. O.A. Мазаевой, кл.- мн Я Б Радзиминовичу, чьи советы, участие и помощь способствовали выполнению работы, а также Е.П. Сараевой за выполнение анализов песчаных фунтов На всем протяжении исследований автора сопровождало доброжелательное отношение и постоянное внимание коллег по лаборатории инженерной геологии и геоэкологии. Всем им автор глубоко признателен.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Зоны переменного подпора Братского воюхраннлита характерна ются особыми условиями формирования берегов, определяемыми уровеннмм режимом, который способствует циклическому чередованию абразионных и аккумулятивных процессов. Колебания уровня волы в водоеме влияют на положение гранни выклинивания полпора и определяют динамик) смешения подводных форм, их размеры и характер отложения осадков.

Уровенный режим юны переменного полпора определяется ходом уровней воды в водохранилище и расходами рек. Колебание уровня водохранилища приводит к тому, что кривая подпора перемещается в пределах зоны переменного подпора И.И Маккавеевыч (1986) в области переменного подпора выделены три подзоны, различные по характер) гидравлических условий- 1) зона эпизодического подпора, 2) регулярного подпора и 3) длительного глубокою подпора, протяженность и местоположение которых, также как и самой зоны переменного подпора зависит от V ревенного режима водохранилища Наличие таких подзон отмечено исследователями и на Братском водохранилище (Карнаухова, 2000).

Для характеристики режима зоны переменного подпора по р. Ангаре использовались данные 5 постов Росгидромета Фактические показатели по станции Суховская характеризуют уровень р Ангары, которому свойственно медленное повышение в летние мссяиы, и резкий подъем воды, определяемый образованием зажоров, зимой. Показатели по станциям Свирск и Балаганск характеризуют уровень воды в условиях длительного глубокого подпора и полностью соответствует режиму водохранилища со всеми присущими ему особенностями. Расположение станций Усолье-Сибирское и Буреть не позволяет однозначно отнести их к тому или ином} типу условий режима уровней Усолье-С ибирское находится в подпоре при высоких уровнях водохранилища. Станция Буреть, расположенная в 40 км ниже по течению реки, попадает в аналогичные условия при максимальной сработке уровня. Режим по стации Усолье-Сибирское также характеризуется повышением уровней в зимний период, так называемыми зажорными у ровнями Повышение отмечается ежегодно, и амплитуда его увеличивается, когда уровни водохранилища оказываются близкими к нору!альному подпорному юризонту (НПГ). В мноншетнем ходе слабо различаю!си периоды высоких и низких уровней Режим по станции Буреть при высоких уровнях воды в водохранилище мало отличается от режима по станциям Свирск и Балаганск Отличие состоит в том, что при низких отметках уровня здесь также как и на станции Усолье-Сибирское отмечаются зажорные уровни, но со значительно меньшей величиной подъема В многолетнем ходе периоды высоких и низких уровней четко выражены.

В зоне псреУ1снного подпора при уровнях близких НПГ ветровое волнение является основной движущей силой берегоформируюших процессов Развитие волнения, в данном случае, не ограничивается глубиной и шириной затопленной долины реки, и происходящий при этом рост волновых нагрузок на берега водоема приводит к образованию абразионных береговых уступов и аккумулятивных форм волнового генезиса. При низких отмешах уровня интенсивность абразии береговых склонов под действием волновых процессов затухает, так как уменьшается ширина и глубина водоема, и длина разгона волн сокращается Однако более заметную роль начинают играть проточные течения, в результате чего происходит размыв подводной части отмели (Хабидов и др., 2001).

Таким образом, чередование периодов высоких и низких уровней воды в водохранилище определяет циклический характер развития абразионно-аккумулятивных процессов При высоких уровнях происходит интенсивный размыв коренного склона, в результате чего пошупление больших объемов размытого грунта способствует развитию мощного потока наносов. Эти наносы аккумулируются в пределах внешнего края отмели, значительно увеличивая ее ширину и уменьшая угол наклона Берег становится отмелым. В случае водоема со стабильным уровенным режимом этот процесс привел бы береговой склон в состояние равновесия, и темпы размыва значительно сократились бы Однако на Братском водохранилище период высоких уровней сменяется периодом низких, когда активно размываются ранее сформированные отмели, уменьшается их ширина, а угол наклона увеличивается, в результате чего, в последующий период высоких уровней отмечаются еще большие, по сравнению с предыдущим периодом, размывы берегового склона.

Для того чтобы продемонстрировать вышеприведенную закономерность, произведен анализ данных за период 1976-1995 г г по развитию абразионных процессов на стационарном участке Нельхай. Берег участка сложен рыхлыми отложениями, представленными мелкозернистыми песками, суглинками и супесями По результатам анализа морфометрических характеристик отмели построены графики взаимосвязей между уровнем водохранилища и шириной подводной части отмели, а также уклоном подводной части отмели При понижении уровня воды ширина подводной части отмели уменьшается, а при повышении его увеличивается (рис. 1 А).

К NfhMeSSS

•О к' ^ rf ■ (j ll

8 «•"¿sis'-«

Да»

■ Измене км ширины отмели

-Изменение уровня воды

ее r е е s s s з г

gj еб f»' w d со «в <e ш at r-

й»та

# Изменение угла уклона отмел* ■ Изменение уровня воды

Рис. 1 Графики взаимосвязей уровня Братского водохранилища с шириной подводной части отмели (А) и углом наклона отмели (Б)

Угол наклона отмели при понижении уровня увеличивается, при повышении, соответственно, уменьшается (рис 1Б). Наибольшие уклоны отмели отмечаются в период с 1978 по 1983 г г , когда уровень водохранилища был на 6-8 м ниже НПГ, а в те годы, когда уровень достигает отметок НПГ и близких к ним, уклоны поверхности отмели становятся минимальными.

Кроме того, проведен анализ развития берегового склона. Для этого построены графики взаимосвязей уровня с шириной и объемами размыва берега (рис. 2). Установлено, что наибольшие объемы и ширина размыва берегового склона, за анализируемый период приходятся па 1984-1988 г.г., когда уровень находился на отметках близких к НПГ. Предшествовал этим годам 8-летний период постепенного понижения уровней воды. Величина отступания бровки берегового склона за год при максимальных уровнях достигает 4 м, а величина объемов размыва при тех же условиях - 20-23 м3 на пог. м берега за год

s £ * S S 3 3 3 S So So S 3 « S! о! S №

N N « « <е «0 )>•' N N • V IS К S <» N S

г « ~ я з - s ; : - аа"- - s ё й - *

Дата

—Изменение ширины размыва ——Изменение уровня воды

Б

Дата

Изменение объемов рэзтва —— Изменение уровней воды

Рис. 2. Графики взаимосвязей уровня Братского водохранилища с шириной (А) и объемами (Б) размыва берегового склона

Гидродинамические условия в зоне переменного подпора претерпевают периодические изменения в результате колебаний уровня. Стоковые течения являются основным рельефообразующим фактором дна зоны, а их количественные характеристики в большей степени зависят от уровня воды в водохранилище и расхода воды в реке. В пределах реки (70-77 км по судовому ходу) изменения уклонов водной поверхности малы (тангенсы угла 0,2620 - 0,2432), тогда как в зоне выклинивания (77-126 км) они варьируют довольно значительно (тангенсы угла

0,2666 - 0). В связи с колебаниями уровня и расхода воды в годовом и многолетнем плане, место выклинивания подпора перемещается по длине реки на значительное расстояние и, как следствие, изменяется режим руслового потока (Овчинников и др , 1999).

В зонах переменного подпора водохранилищ в зависимости аг гидродинамических условий формируются различные формы рельефа. Примером тому могут служить гряды различного генезиса, зафиксированные исследователями в зоне переменного подпора Братского водохранилища по р Ангаре (Овчинников и др , 1988; Овчинников, Пуляевский, 1990). Выделены два типа гряд, каждый из которых имеет свои определенные морфологические характеристики Грядам первого типа свойственны примерно одинаковые уклоны лобовых и тыловых склонов, профиль их почти симметричен Высота изменяется достаточно резко, протяженность невелика На эхограммах они отображаются как островершинные бугры. Такие гряды формируются в условиях речного режима.

Второй тип фяд характеризуется четкой морфологической оформленностью, профиль их асимметричен, размеры изменяются менее резко. На записи эхолота они представляются в виде правильных гряд с одинаковыми очертаниями. В силу морфологических особенностей и распространения группами эти гряды были названы регулярными. Эхолотные промеры, выполненные по р. Ангаре на 30 - 40 км выше верхней границы выклинивания подпора, не выявили таких форм, что позволяет отнести их к формам, характерным только для зоны переменного подпора.

Для характеристики динамики донных форм рельефа в зоне переменного подпора проведена обработка данных по эхолотированию, осуществлявшемуся при экспедиционных работах лаборатории в течение 1982 1986 г.г. Этот интервал времени охватывает все периоды эксплуатационного режима водохранилища от низких уровней (1982 г), когда участок выклинивания находился в самом нижнем положении, до высоких (1985-1986 г.г) - когда выклинивание подпора отмечалось в самой верхней части зоны переменного подпора Данные эхолотирования представляют собой количественные характеристики морфометрии донных форм рельефа с указанием их месторасположения по судовому ходу.

Максимальная высота регулярных гряд, зафиксированных в зоне переменного поднора по р. Ангаре, достигает 2-2,7 м при ширине 45-60 м. Протяженность систем гряд изменяется в широких пределах - от 170 до 700 м. Мощность мелкозернистых наносов в подвальях гряд достигает 50 см, а протяженность поля аккумуляции изменяется от нескольких десятков сантиметров до 10 м.

На основе исследований построена динамическая карта-схема распространения регулярных гряд в зоне переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре (рис. 3). Анализ материалов, полученных в течение 5 лет, позволяет сделать следующие выводы:

1 При повышении уровня воды Братского водохранилища и соответствующем ему смещении границы выклинивания подпора вверх по течению зона формирования регулярных гряд увеличивается в размерах за счет сохранения гряд, созданных в нижней части кривой подпора при низких уровнях, и появления новых гряд при ежегодном подъеме уровня. 2. При продолжительном стоянии уровня воды на высоких отметках размеры уже существующих регулярных гряд увеличиваются, а протяженность систем гряд возрастает.

3 Аккумуляция мелкозернистых наносов, происходящая при снижении скорости

з 4 * ? 1 о

1982

1983

1984 '

1985

1986

-зона формирования регулярных гряд -верхняя граница выклинивания полтора

-зона занесения систем регулярных гряд мелкозернистыми наносами

-направление течения реки

Рис. 3. Динамическая карта-схема распространения регулярных гряд в зоне переменного подпора

Братского водохранилища по р. Ангаре

потока в нижней части кривой подпора, приводит к заполнению межваловых ложбин и последующему частичному или полному занесению систем регулярных гряд.

4. При снижении уровня воды в водохранилище до минимальных сп меток регулярные гряды, находящиеся на участках смещения вниз границы выклинивания подпора, размываются в результате восстановления на этих участках речного режима и соответствующих ему гидродинамических условий.

Состав донных отложений зоны переменного подпора определяется положением уровня воды в водохранилище и составом наносов, поступающих с речным стоком В период до создания водохранилища русло реки было сложено преимущественно песчано-галечными осадками, а взвешенные наносы отлагались в основном вдоль берегов. После создания водохранилища условия отложения наносов изменились В зоне подпора по р Ангаре увеличилось количество песчаного материала на участках с меньшими скоростями течения Попадая в условия пониженных скоростей потока, влекомый и взвешенный материал накапливается на дне в соответствии с наиболее благоприятными для его осаждения гидродинамическими условиями, формируя при этом различные типы донных отложений (Карнаухова, 2000) По мере убывания скорости течения размер частиц в осадках уменьшается вниз по зоне переменного подпора. В верхней части кривой подпора аккумулируется гравийно-галечный и крупнозернисхый песчаный материал, формирующий основные формы донного рельефа Ниже по течению, примерно на участке от 110 км до с. Бархатово, из поюка выпадают средне- и мелкозернистые песчаные наносы, переносимые как во влекомом, так и во взвешенном состоянии Основная же часть взвешенного материала идет транзитом до нижней части зоны переменною подпора, где участвует в площадной аккумуляции, формируя такие литологические типы донных отложений как крупные алевриты и мелкоалевритовые илы Алевритово-глинистые илы распространены в виде небольших пятен в области отложения мелкоалевритовых илов

2. Формирование эоловых отложений на отдельных участках зоны подпора -результат развеивания песчано-су песчаных осадков береговых отмелей. Изучение разрезов эоловых образований показывает, что их накопление происходило в несколько этапов, различающихся между собой скоростью осадконакопления и морфологией эоловых форм от простого поверхностного перевеивания песчаного материала до движущихся дюн.

В рамках настоящей работы рассматриваются два участка развития эоловых процессов: 1) в районе пос. Рассвет - в устьевой левобережной части Осинского залива, 2) напротив пос. Нельхай по правобережью акватории.

Для оценки динамики эоловых процессов в пределах участка Рассвет произведено сопоставление разновременных аэрофотоснимков 1969 и 1980 годов и создана геодинамическая схема распространения ЭГП (рис. 4). В 1969 году площадь эолового массива составляла 1790 м2, в 1980 г. - 26727 м2, причем на долю площади дюнного комплекса приходилось, соответственно, 878 м2 и 6402 м2. Остальная часть площади массива (912 м2 - в 1969 г. и 20325 м2 - в 1980 г.) приходится на эоловые образования, распространяющиеся в виде покровов и гряд па поверхности берегового склона Приращение площадей эоловых массивов происходило за счет поступления песчаного материала с отмели на склон Этому способствовали приоткосные эоловые образования, нивелирующие береговой уступ и служащие своеобразным трамплином для переноса песка вглубь берега.

I«) О 100 200 u

в q т L£]' izi« о и« т> а- о- а12

Рис 4. Геодинамичсская карта-схема распространения экзогенных геологических процессов на участке Рассвет (составили O.A. Мазаева, В.А. Хак) Условные обозначения- 1-бровка берегового склона; 2-граница положения уреза воды; 3-активно развивающиеся промоины и овраги с номером точки наблюдения; 4-бровка балки; 5-ложбина стока, 6-эоловые поля, сформированные к 1969 году; 7-эоловые поля, сформированные к 1980 году; 8-карстовая воронка; 9-бугристо-западинный микрорельеф, 10-лесной массив; 11-фаница карьера; 12-грунтовая дорога.

Для выявления закономерностей осадконакопления эоловых отложений изучались 6 разрезов в пределах дюнных образований двух стационарных участков Эоловые отложения разрезов представлены песком различной крупности (мелко- и среднезернистые) и окраски, некоторые характеризовались слоистостью На рис. 5 приведены два инженерно-геологических разреза дюн участков Рассвет и Нельхай с графиками изменения гранулометрического состава грунтов по высоте дюны. На залесенном склоне участка Нельхай, в одном из дюнных разрезов, были обнаружены погребенные гумусовые горизонты. По нашему мнению, их образование приурочено к периодам высокого уровня воды в водохранилище, когда подстилающие породы и, соответственно, почва хорошо увлажнены, растительность развивается более бурно и формирует осенью мощный слой опавших листьев. На это указывает слой полусгнившей листвы, обнаруженный вверху разреза под 5-сантиметровым слоем песка, аккумулированного за осень - весну 2001-2002 г.г.

Погребенные гумусовые горизонты выделяются по всей мощности разреза на отметках 56, 86, 117, 140 см от дна. Детальное исследование разреза позволило сделать следующие выводы. Скорости осадконакопления оценивались поэтапно, в зависимости от положения уровня воды в водохранилище. При сопоставлении полученных данных с ходом уровней за весь период эксплуатации водоема формирование гумусовых горизонтов было приурочено к следующим периодам: 1973 - 1974 г.г., 1984 - 1989 гг, 1994 - 1995 гг., 2001 г. Соответственно, выделено 5 этапов осадконакопления:

Условные обозначения почвенно-растительный слой. Текстурные особенности, среднезернистый песок,

мелкозернистый песок,

слоистость явновыраженная, слоистость нея в но в ыраже ш гая.

погреоеш!ЫИ гумусовый горизонт;

место взятия образца нарушенной структуры,

Содержание фракций

границы споев с различными текстурными особенностями;

крупного песка (>0,5 мм), | мелкого песка (0,25-0,1 мм),

среднего песка (0,5-0,25 мм), | | тонкого песка (<0,1 мм)

Рис. 5. Инженерно-геологические разрезы дюн уч. Рассвет (А) и Нельхай (В)

I этап (1969 - 1972 г.г.). Этот этап приурочен к периоду низких уровней, способствующих осушению прибрежных отмелей на ширину 150-300 м Аккумуляция наносов осуществлялась как в пределах уступов, нивелируя их, так и на поверхности склона, образуя небольшие по площади песчаные поля, мощностью 50 см Кроме того, этот этап характеризуется началом зарождения дюн Скорость осадконакопления была наибольшей и составила И см/год, т.к. в начальный период формирования дюн осушенная отмель содержала наибольшее количество песчаного материала, еще не развеянного ветром.

II этап (1975 - 1983 г.г.). В течение этого этапа уровень воды в водоеме постепенно понижался, в результате чего ширина осушенных отмелей изменилась от 150 м на приглубых берегах до 700 м - на пологих За этот период произошло значительное углубление поверхностей осушенных отмелей за счет дефляции, формирование котловин выдувания, дюн значительной мощности, гряд на поверхности осушенной отмели Скорость осадконакопления уменьшалась в течение этого этапа от 5 до 2 см/год, так как за такой длительный период низкого уровня воды (9 лет) не было поступления на отмель песчаного материала для выноса

III этап (1990 - 1993 г.г.). Продолжается рост мощности песков в дюнах и наступление их на лесные массины, а также аккумуляция эоловых наносов у подножья уступов, увеличение площадей песчаных покровов на береговых склонах Скорость осадконакопления увеличилась и составила 5-8 см/год. поскольку этому этапу предшествовал пятилетний период высоких уровней воды (на 1 м ниже НПГ), в течение которого за счет абразии береговых склонов аккумулировался на отмели большой объем песчаных наносов.

IV этап (1996 - 2000 г.г.). Скорость осадконакопления составляла 5 см/год.

V этап (2002 - 2003 г.г.). Скорость осадконакопления составляла 4 см/год.

В итоге, средняя за все этапы скорость осадконакопления на листальных концах дюн составляет 4 см/год, а в центральной части дюнного массива — около 10 см/год. 3. Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории отражает качественные и количественные изменения геологической среды, происходящие в результате возникновения и активизации процессов по мере возрастания техногенного прессинга.

При геоэкологической оценке воздействия процессов на территорию зон переменного подпора использован подход, согласно которому в центре внимания геоэкологии находится верхняя часть литосферы и процессы, происходящие в ней под влиянием природных и техногенных факторов (Осипов, 1997). На современном этапе развития человечества, стоящего на позициях гармоничного взаимодействия общества и природы, основной задачей геоэкологии является выработка принципов и механизмов уменьшения антропогенного воздействия на геосферы Земли, рационального и комплексного использования их природных ресурсов. По определению В.И. Осипова (1997), одним из приоритетных направлений геоэкологических исследований в рамках сформулированной выше задачи является анализ изменения геосфер под влиянием природных и техногенных факторов и разработка путей минимизации этих изменений.

Под геоэкологической оценкой воздействия процесса на ту или иную территорию, автором понимается комплекс исследований, направленных на выявление качественных и количественных изменений геологической среды, происходящих в результате возникновения или активизации конкретного процесса по

мере возрастания техногенного влияния Качественная сторона геоэкологической опенки заключается в выявлении особенностей возникновения, развития и проявления процесса под воздействием той или иной группы факторов на данной территории, характеризующейся определенными условиями. С точки зрения копичественной оценки можно выделить рят численных показателей, отображающих тинамик\ развития процесса, и, соответственно, характеризующих его воздействие на рассматриваемую территорию (рис 6)

Рис 6 Схема информационных блоков геоэкологической оценки воздействия абразионных, акк\тиу.1ятивных и эоловых процессов на прибрежные территории

Размывы берегов, происходящие в резчльтате абразионной деятельности водоема, приводят к необратимом} изъятию из землепользования части прибрежных территорий (Экзогенные геологические опасности, 2002). Так, например, на Братском водохранилище общая площадь потерянных за счет размыва земель составляет около 4,5 тыс. га, из которых большая часть (4 тыс га) приходится на еще не освоенные, но потенциально пригодные для освоения территории, покрытые лесной и кустарниковой растительностью, остальная же часть потерянных земель (420 га) представлена пашнями и приусадебными участками Кроме того, в зоны размыва пнатают жилые и хозяйственные строения отдельных поселков (Казачье, Середкино, Би.рьчир,Усть-Уда,Чистый, Карах\н, Заярск и др.).

Основные параметры количественной оценки абразии берегов, достаточно полно характеризующие интенсивность данного процесса, целесообразно представить в виде величины линейной скорости - ширины отступания бровки берега, происходящего в единицу времени, например, за год, а также, объемной скорости размыва берегового склона, представляющей собой объем размытого грунта на погонный метр берега за год (Рагозин, Ьурова, 1995)

С аккумулятивными процессами, развивающимися в береговой и подводной зонах водохранилища, связано немалое количество проблем как экологических, так и эксплуатационных. В первую очередь, формирование донных (ряд в ложе создае1 чисто механические препятствия для с>доходной деятельности в пределах

водохранилища. В периоды снижения уровня воды регулярно предпринимаются меры по очистке русла. В местах построения эстакад также происходит занесение судового хода в связи с аккумуляцией размытого материала. Некоторые заливы, служащие убежищем для судов яо время штормов, с течением времени перехватываются пересыпями, а впоследствии полностью заносятся наносами. Также возникают эксплуатационные проблемы в местах создания водозаборов, пристаней и т.д.

Район южного Приангарья, являясь наиболее освоенным в Иркутской области, сосредоточивает основную массу промышленных предприятий и коммунальных хозяйств, производящих большое количество отходов. Основным, а порой <

единственным, источником водоснабжения для них служит Братское водохранилище. Сюда же поступают и зачастую неочищенные сточные воды. Геоэкологические проблемы, связанные с развитие м аккумулятивных процессов в зонах переменного подпора, выражаются в угрозе ухудшения качества воды в водоеме. Донные i

отложения, обладающие большой сорбционной способностью, могут накапливать значительные количества загрязняющих веществ, которые при нестабильном режиме эксплуатации водохранилища периодически переходят во взвесь и перемещаются вниз по гечению, представляя угрозу водоснабжению (Карнаухова, 2000). В качестве основных параметров, количественно характеризующих влияние аккумулятивных процессов, выбраны размеры донных гряд и мощность отложений.

В результате дефляционной деятельности ветра, способствующей переносу и аккумуляции песка, происходит формирование значительных но размерам эоловых форм, продвижение их и наступление на лесные массивы, сгепные ландшафты, сельскохозяйственные угодья, населенные пункты и тд. Из-за воздействия этих процессов на территорию значительно меняется ее ландшафтная специфика, от рельефа местности до растительных сообществ. Кроме того, вынос и аккумуляция неска за пределами осушенной отмели приводит к нарушению баланса наносов Во вдольбереговом потоке создается дефицит песчаного материала, участвующего в формировании отмелей и способствующего их выполаживанию. В дальнейшем это может спровоцировать активизацию абразионн01 о процесса.

Площади эоловых массивов, а также темпы накопления осадков в таких эоловых образованиях как дюны, отображаемые в виде скоростной характеристики (толщина слоя осадков, накопленных за единицу времени), являются основными параметрами количественной оценки воздействия эоловых процессов на прибрежные территории.

Итак, в ходе исследований установлены следующие результаты оценки.

Основным фактором активизации абразионных процессов в зоне переменного подпора является нестабильный уровенный режим водохранилища. Чередование •

периодов высоких и низких уровней воды определяет циклический характер процесса, выражающийся в интенсивном разрушении береговых склонов в периоды высоких уровней и размыве подводной части отмели в периоды низких уровней, приводящем к последующей активизации абразионного процесса. Таким образом, при «

отметках уровня близких к НПГ за анализируемый период ширина отступания бровки берега в суглинках и супесях достигает 4 м за год, а объемы размыва при тех же условиях - 20-23 м3 на пог. м берега за год. Минимальные размывы, соответственно, приурочены к периодам, когда уровень водохранилища был на 6-8 м ниже НПГ.

Особенности развития аккумулятивных процессов в зоне переменного подпора определяются гидродинамическими условиями, зависящими от уровня водохранилища. Формами проявления процесса являются гряды различного генезиса

(формируемые при речном и водохранилищном режимах), морфологии (поперечные и ленточные), а также осередки и площадные покровы В результате колебаний уровня зона активной аккумуляции мигрирует и увеличивается в размерах При продолжительном стоянии уровня воды на высоких отметках размеры уже существующих гряд увеличиваются, а также возрастает протяженность систем гряд При снижении уровня воды в водохранилище на минимальные отметки регулярные гряды, находящиеся на участках смещения вниз границы выклинивания подпора, размываются, в результате восстановления на этих участках речного режима и соответствующих ему гидродинамических условий, тонкодисперсные наносы при этом переходят во взвешенное состояние и переносятся вниз по течению

Максимальная высота регулярных гряд, зафиксированных в зоне переменного подпора по р Ангаре, достигает 2-2,7 м при ширине 45-60 м Протяженности систем гряд изменяются в широких пределах от 170 до 700 м. Мощность мелкозернистых наносов в подвальях гряд достигает 50 см, а протяженность поля аккумуляции изменяется от нескольких десятков сантиметров до 10 м.

Развитие эоловых процессов в береговой зоне Братского водохранилища является последствием размыва песчаных и супесчаных береговых отложений в результате абразии и последующей аккумуляции сформированных песчаных наносов па отмели Одним из факторов активизации процесса является уровенный режим водохранилища. При всех прочих благоприятных условиях развития эолового процесса необходимым является ветровой режим Формы проявления эолового процесса также определяются различными условиями, такими как морфология берегового склона, его залесенность и т.д.

На исследуемой территории эоловые процессы отмечены на двух участках и проявляются в виде таких форм, как дюны, гряды, валы, присггкосные образования, покровы, а также в виде отрицательных форм - канавы и котловины выдувания, «изъеденный» рельеф и др.

Площади эоловых массивов оценивались по аэрофотоснимкам участка Рассвет 1969 и 1980 годов В 1969 году площадь массива составляла 1790 м2, в 1980 г - 26727 м2, причем на долю площади дюнного комплекса приходилось, соответственно, 878 м2 и 6402 м2 Остальная часть площади массива (912 м2 - в 1969 г. и 20325 м2 - в 1980 г) приходится на эоловые образования, распространяющиеся в виде покровов, гряд на поверхности берегового склона. Скорости осадконакопления оценивались поэтапно, в зависимости от положения уровня воды в водохранилище Соответственно, в периоды низких уровней значения скоростей значительно больше и составляют 8-11 см/год Скорость во многом определяется продолжительностью стояния уровня на определенных отметках. Минимальные скорости 2-4 см/год, связанные с дефицитом осадков, отмечаются в те периоды, которым предшествуют не продолжительные периоды высоких уровней.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, для зоны переменного подпора Братского водохранилища по р Ангаре проведен детальный анализ развития абразионных, аккумулятивных и эоловых процессов в совокупности с комплексом факторов, влияющих на масштабы и интенсивность их проявления.

Выявлена роль уровенного режима водоема как одного из основных динамических факторов в процессах формирования береговой зоны и донного рельефа в области переменного подпора На основе анализа данных эхолотирования,

проведенного в пределах зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре в период 1982-1986 г.г., установлена динамика донных форм рельефа и построена динамическая карта-схема распространения регулярных гряд в этой зоне

Проведены исследования по изучению закономерностей развития эоловых процессов, активно развивающихся на отдельных участках зоны переменного подпора. Выполнена оценка динамики эоловых процессов в пределах участка Рассвет и создана геодинамическая схема распространения ЭГП Выявлены основные этапы развития эоловых процессов, характеризующиеся определенными формами эолового рельефа, а также рассчитаны средние скорости осадконакопления для каждого этапа.

Произведена геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора по р. Ангаре. Определены основные качественные и количественные параметры, характеризующие воздействие процессов на рассматриваемую территорию.

Список основных публикаций по теме диссертации 1 Развитие абразионно - аккумулятивных и эоловых процессов в Верхнеангарском районе Братского водохранилища // Тезисы докладов Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле. - Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 2002. -С. 154-156.

2. Роль ветрового режима в развитии эоловых процессов в береювой зоне Верхнеангарского района Братского водохранилища // Проблемы геологии и освоения недр Труды Седьмого Международного научного симпозиума им. академика МА Усова - Томск: Изд-во Томского политехи, ун-та, 2003. - С. 215-216.

3. Уровенный режим как один из основных факторов развития эоловых процессов в береговой зоне Братского водохранилища // Современные вопросы геологии Материалы молодежной конференции "3-й Янпшнские чтения" - М - Научный мир, 2003 - С. 436438.

4 Некоторые закономерности развития эоловых процессов в береговой зоне Братского водохранилища // Строение литосферы и геодинамика- Материалы XX Всероссийской молодежной конференции. - Иркутск: ИЗК СО РАН, 2003 - С 239-240 5. Влияние техногенных факторов на развитие абразионно - аккумулятивных и эоловых процессов в прибрежной зоне Братского водохранилища // Z badán nad wplywem antropopresji na srodowisko. - Т. 4, Sosnowiec, 2003. - С 22-27

6 Развитие абразионных процессов в береговой зоне верхней части Ангарской акватории Братскою водохранилища // Проблемы геологии и освоения недр. Труды Восьмого Международного научного симпозиума им академика М.А Усова студентов и молодых ученых. - Томск: Изд-во Томского политехи, ун-та, 2004. - С. 277.

7 Формирование и развитие береговой зоны Братского водохранилища в различных условиях морфолитогенеза // Строение литосферы и геодинамика Материалы XXI Всероссийской молодежной конференции - Иркутск- ИЗК СО РАН, 2005 - С 235-237.

8 Изменения уровня воды Братского водохранилища как фактор активизации абразионно -аккумулятивных процессов в береговой и подводной зонах // Теоретические и прикладные вопросы современной географии: Материалы Всероссийской молодежной школы-семинара 27-28 апреля 2005 г. - Томск: Дельтаплан, 2005. - С 302-303.

9. Development of the shoals of Bratsk reservoir and their role in the abrasion of shore slopes // Lakes and artificial water reservoirs - functioning, revitalization and protection. - Brunch Katowice, Sosnowiec, 2004 - p 173-179, (соавт Г.И. Овчинников, T.A. Ташлыкова).

10. Некоторые вопросы развития берегов ангарских водохранилищ// Srodowisko przyrodnicze wobec zagrozen antropogemcznych. - Sosnowiec, 2005 С 67-80, (соавт С А Козырева, Ю С. Максимишина).

Подписано к печати 20 03.06 Формат 60x84/16. Печать PISO Ус. печ.лист 1,2 Тираж 110 экз Заказ №401 Отпечагано в ИЗК СО РАН 664033, г Иркутск, ул Лермонтова, 128

ZOOG fi 6^77

- 64 77

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Хак, Виктория Аркадьевна

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы изучения берегоформирующих процессов на водохранилищах.

Глава 2. Общая характеристика района и методика исследований.

2.1. Характеристика района исследований.

2.2. Методика исследований.

Глава 3. Факторы воздействия на динамику береговой зоны.

3.1. Геолого-геоморфологические факторы и условия развития берегов.

3.2. Климатические факторы.

3.3. Гидродинамические факторы.

• 3.3.1. Уровенный режим в зонах переменного подпора водохранилища.

3.3.2. Ветроволновой режим.

3.3.3. Течения.

Глава 4. Экзогенные геологические процессы.

4.1. Абразия береговых склонов и аккумуляция наносов в прибрежной зоне.

4.2. Аккумуляция донных отложений и их динамика в зонах переменного подпора.

4.2.1. Источники поступления наносов.

4.2.2. Условия формирования донных отложений.

4.2.3. Гранулометрический состав донных отложений.

4.2.4. Донные формы рельефа и их динамика.

4.3.Эоловые процессы.

4.3.1. Гранулометрический состав эоловых отложений.

Глава 5. Геоэкологическая оценка воздействия процессов на прибрежные территории.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зон переменного подпора Братского водохранилища"

Актуальность работы. Создание таких природно-техногенных объектов, как водохранилища, неизбежно влечет за собой преобразование геологической среды. По мере активизации экзогенных геологических процессов (ЭГП), являющейся результатом техногенного прессинга, осложняется геоэкологическая обстановка территории в целом. Важным моментом в решении проблемы рационального использования и охраны прибрежных территорий водохранилищ является выявление и изучение закономерностей развития процессов в условиях необратимо измененной геологической среды.

Братское водохранилище, являясь вторым по величине искусственным водоемом в мире, созданным в сложнейших инженерно-геологических условиях Восточной Сибири, занимает особое место среди основных геоэкологических проблем данного региона. В свою очередь с точки зрения эксплуатации водоема большое значение приобретает изучение закономерностей развития и динамики ЭГП в зонах переменного подпора, характеризующихся особыми гидродинамическими условиями и отличающихся от подобных зон в других водохранилищах. Кроме того, территория, прилегающая к зоне переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре, является наиболее населенной в Иркутской области и интенсивно используется в промышленной сфере, в силу чего подвержена мощным техногенным нагрузкам и, соответственно, нуждается в эффективных мерах защиты и охраны геологической среды. В связи с этим геоэкологическая оценка развития процессов и явлений и их воздействия на среду представляет собой актуальную научную проблему.

Цель работы состоит в выявлении основных закономерностей развития и взаимодействия ЭГП, характерных для зон переменного подпора

Братского водохранилища и последующем выполнении геоэкологической оценки воздействия этих процессов на прибрежные территории.

Задачи исследований:

1. Используя опыт предшественников и личные наработки, проанализировать весь комплекс условий и факторов, влияющих на развитие абразионных, аккумулятивных и эоловых процессов, развивающихся в пределах зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.

2. Выявить закономерность развития абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне в зависимости от особенностей уровенного режима зоны переменного подпора. 3. Изучить закономерности развития и динамики эоловых процессов, активно развивающихся на отдельных участках зоны переменного подпора. 4. Провести анализ данных, полученных в 1982-1986 гг. при исследованиях дна зоны переменного подпора по р. Ангаре и выявить динамику подводных форм рельефа и характер осадконакопления. 5. Выполнить геоэкологическую оценку воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

Охарактеризована зона переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре с точки зрения развития абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов и комплекса факторов, влияющих на масштабы и интенсивность их проявления.

Выявлена цикличность преобладания абразионных и аккумулятивных процессов в зависимости от перемещения границы подпора водоема.

Детально проанализированы данные эхолотирования, проведенного в пределах верхней части зоны переменного подпора, что позволило установить основные закономерности динамики донных форм рельефа и характера слагающих их отложений.

Выявлены основные этапы развития эоловых процессов на стационарном участке Нельхай и установлены средние скорости осадконакопления.

Выполнена геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре.

Защищаемые положения.

1. Зоны переменного подпора Братского водохранилища характеризуются особыми условиями формирования берегов, определяемыми уровенным режимом, который способствует циклическому чередованию абразионных и аккумулятивных процессов. Колебания уровня воды в водоеме влияют на положение границ выклинивания подпора, и определяют динамику смещения подводных форм, их размеры и характер отложения осадков.

2. Формирование эоловых отложений на отдельных участках зоны подпора - результат развеивания песчано-супесчаных осадков береговых отмелей. Изучение разрезов эоловых образований показывает, что их накопление происходило в несколько этапов, различающихся между собой скоростью осадконакопления и морфологией эоловых форм от простого поверхностного перевеивания песчаного материала до движущихся дюн.

3. Геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории отражает качественные и количественные изменения геологической среды, происходящие в результате возникновения и активизации процессов по мере возрастания техногенного прессинга.

Исходные материалы. В основу диссертационной работы положен фактический материал, полученный автором в течение 2001-2005 годов при проведении экспедиционных исследований в пределах Братского водохранилища, а именно, результаты режимных наблюдений на геодииамических стационарах лаборатории. В ходе работы проведена обработка и анализ материалов эхолотирования, проводившегося в период с 1982 по 1986 гг. Кроме того, использованы данные литературных и фондовых источников.

Личный вклад автора. В течение 2001-2005 гг. автором проведены экспедиционные исследования на участках развития абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов в верхнеангарском районе Братского водохранилища.

Автором лично произведен анализ данных за период 1976-1995 гг. по развитию абразионных процессов на нескольких стационарных участках в пределах изучаемой территории, на основе чего получены морфометрические характеристики подводной и осушенной частей отмели. По результатам анализа построены графики, отображающие цикличность преобладания абразионных и аккумулятивных процессов на фоне условий переменного подпора. Определены объемы и ширина отступания бровки берегового склона за каждый год исследуемого периода.

Обработаны и проанализированы эхограммы и числовые данные промеров дна зоны выклинивания подпора Братского водохранилища, выполненных в 1982-1986 гг. На основе полученных результатов выявлены основные закономерности развития и динамики донных форм рельефа в условиях переменного подпора водохранилища, а также составлена динамическая карта-схема распространения регулярных гряд в зоне подпора по р. Ангаре.

При проведении экспедиционных работ изучены 6 разрезов песчаных отложений на участках развития эоловых процессов. Эти исследования позволили выявить основные этапы развития эоловых процессов и определить средние скорости осадконакопления в эти этапы. Автором выполнен анализ гранулометрического состава эоловых отложений ситовым методом и рассчитаны такие характеристики, как медианный диаметр, коэффициенты сортированности и асимметрии. Построены графики, отображающие характер изменения данных параметров в песчаных наносах по профилям берегового склона и по глубине разрезов. Проанализированы аэрофотоснимки одного из участков развития эоловых процессов за 1969 и 1980 года. Произведена сравнительная характеристика эоловых полей и определены их площади. Составлена геодинамическая карта-схема распространения ЭГП в пределах данного участка.

Практическое значение работы. Результаты проведенных исследований представляют практический интерес для широкого круга специалистов, занимающихся проблемами освоения и рационального использования прибрежных территорий Братского водохранилища. Данные исследования позволяют произвести оценку современного состояния территорий, находящихся в пределах зон переменного подпора, выявить основные факторы негативного воздействия водоема на геологическую среду и внести некоторые рекомендации в эксплуатационный режим Братского водохранилища. В результате это дает возможность для дальнейшей разработки методов защиты и охраны природы в целом.

Апробация работы. Основные положения и отдельные вопросы докладывались на следующих научных конференциях, симпозиумах и семинарах:

- Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск - 2002);

- VII Международном научном симпозиуме имени ак. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск-2003);

- XX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск - 2003);

- VIII Международном научном симпозиуме имени ак. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск - 2004);

- VI Всероссийской молодежной школе-семинаре «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (г. Томск - 2005);

- XXI Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск - 2005).

Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 10 работ, из них 3 - за рубежом.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Объем работы 143 стр., в том числе 44 рисунка, 9 таблиц; список использованной литературы составляет 96 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Хак, Виктория Аркадьевна

выводы. Погребенные гумусовые горизонты явно выделяются по всей мощности разреза на отметках 56, 86, 117, 140 см от дна. При сопоставлении полученных данных с ходом уровней водохранилища за весь период эксплуатации, формирование гумусовых горизонтов было приурочено к следующим периодам: 1973 - 1974 гг., 1984- 1989 гг., 1994 - 1995 гг., 2001 г. (Хак, 2003 г; Хак, 2003 б). Соответственно, выделено 5 этапов осадконакопления (Рис. 36):

Начальный этап развития эоловых процессов (1967-1968 гг.) характеризуется незначительной аккумуляцией песчаных наносов в пределах береговых уступов за счет ветровой денудации в течение весенне-летнего периода низких уровней воды в водохранилище, и последующим размывом этих форм, а также берегового склона при поднятии уровня до отметок НПГ в осенний период. Таким образом, к началу 1969 г. осушенная отмель располагала достаточным количеством материала для ветровой деятельности.

I этап (1969 - 1972 гг.). Этот этап приурочен к периоду низких уровней, способствующих осушению прибрежных отмелей на ширину 150300 м. Он отличается активным понижением поверхности отмели за счет дефляции. Аккумуляция наносов осуществлялась как в пределах уступов, нивелируя их, так и на поверхности склона, образуя небольшие по площади песчаные поля, мощность которых достигала на отдельных участках 50 см. Кроме того, в ряде мест на пологих берегах этот этап характеризуется началом зарождения дюн (Вика и др., 2000). Скорость осадконакопления была наибольшей и составила 11 см/год. Это объясняется тем, что в начальный период формирования дюн осушенная отмель содержала наибольшее количество песчаного материала, еще не развеянного ветром.

II этап (1975- 1983 гг.). В течение этого этапа уровень воды в водоеме постепенно понижался и минимальная отметка его была на 10 м ниже НПГ. В результате этого ширина осушенных отмелей изменилась от 150 м на приглубых берегах до 700 м - на пологих. За этот период произошло значительное углубление поверхностей осушенных отмелей за счет

Период Особенности развития Скорость осадкопакоплеиия дефляции, формирование котловин выдувания, дюн значительной мощности, гряд на поверхности осушенной отмели (Овчинников, 1998). Скорость осадконакопления уменьшалась в течение этого этапа от 5 до 2 см/год, так как за такой длительный период низкого уровня воды (9 лет) не было поступления на отмель песчаного материала для выноса.

III этап (1990 - 1993 гг.). Продолжается рост мощности песков в дюнах и наступление их на лесные массивы, а также аккумуляция эоловых наносов у подножья уступов, увеличение площадей песчаных покровов на береговых склонах. Скорость осадконакопления увеличилась и составила 5-8 см/год, поскольку этому этапу предшествовал 5 - летний период высоких уровней воды (на 1 м ниже НПГ), в течение которого за счет абразии береговых склонов аккумулировался на отмели большой объем песчаных наносов.

IV этан (1996 - 2000 гг.). Скорость осадконакопления составляла 5 см/год.

V этап (2002 - 2003 гг.). Скорость осадконакопления составляла 4 см/год.

Средняя скорость осадконакопления на дистальных концах дюн составляет 4 см/год, а в средней части дюнного массива - около 10 см/год.

Если геологическое строение является только фактором, предопределяющим возможность или невозможность возникновения эоловых процессов на данной территории, то уровенный и ветровой режимы представляются факторами динамического развития процессов, влияющими на интенсивность и скорость развития. В зависимости от амплитуды колебания уровня воды изменяется ширина осушенной части отмели, причем если при низких отметках уровня эта отмель подвергается дефляции с последующим формированием эолового рельефа в береговой зоне, то при высоких уровнях начинается этап подготовки «поля деятельности» для энергии ветра. Происходит размыв берега, его разрушение и аккумуляция вновь образованного рыхлого материала на отмели, которая снова обнажится, осушится и подвергнется дефляции в период низких уровней воды в водохранилище.

Характерной особенностью ветрового режима верхней части ангарской акватории Братского водохранилища, где проводятся работы по изучению эоловых процессов, является значительное преобладание ветров С-3, 3, Ю-3 направлений, составляющих более половины повторяемости от всех направлений. При этом необходимо учитывать ориентировку берегов участков, где наиболее интенсивно идет формирование эолового рельефа. Берег участка Рассвет ориентирован на север, Нельхай - на запад.

В табл. 7 приведены величины ширины осушенной отмели в районе участка Нельхай с учетом ее морфологических особенностей и данных по уровням, а также площади осушенных отмелей, служащих источником песчаных наносов, при различных уровнях воды с учетом воздействия на них наиболее повторяющихся ветров 3, СЗ и ЮЗ румбов (Хак, 2003а). Отметки уровня воды, приведенные в таблице, отражают данные, полученные при расчете обеспеченности уровней для трех циклов - высокого, низкого и постоянно понижающегося (см. главу З.З.1.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, для зоны переменного подпора Братского водохранилища по р. Ангаре проведен детальный анализ развития абразионных, аккумулятивных и эоловых процессов в совокупности с комплексом факторов, влияющих на масштабы и интенсивность их проявления.

Выявлена роль уровенного режима водоема, как основного динамического фактора в процессах формирования береговой зоны и донного рельефа в области переменного подпора. Чередование периодов высоких и низких уровней воды в водохранилище определяет циклический характер развития абразионно-аккумулятивных процессов. В зоне переменного подпора, при уровнях близких к НПГ, ветровое волнение является основной движущей силой берегоформирующих процессов, которые в результате приводят к образованию абразионных береговых уступов и аккумулятивных форм волнового генезиса. При низких отметках уровня интенсивность абразии береговых склонов под действием волновых процессов затухает, однако более заметную роль начинает играть размыв подводной части отмели в результате волновых и проточных течений.

На основе анализа данных эхолотирования, проведенного в пределах зоны переменного подпора Братского 'водохранилища по р. Ангаре в период 1982-1986 гг., установлена динамика донных форм рельефа и построена динамическая карта-схема распространения регулярных гряд в этой зоне. В результате исследований выявлено, что при повышении уровня воды Братского водохранилища и соответствующем ему смещении границы выклинивания подпора вверх по течению зона формирования регулярных гряд увеличивается в размерах за счет сохранения гряд созданных в нижней части кривой подпора при низких уровнях и появления новых гряд при ежегодном подъеме уровня. При продолжительном стоянии уровня воды на высоких отметках размеры уже существующих регулярных гряд увеличиваются, а также возрастает протяженность систем гряд. При снижении уровня воды в водохранилище на минимальные отметки регулярные гряды, находящиеся на участках смещения вниз границы выклинивания подпора, размываются, в результате восстановления на этих участках речного режима и соответствующих ему гидродинамических условий.

Продолжены исследования по изучению закономерностей развития эоловых процессов, активно развивающихся на отдельных участках зоны переменного подпора. Проведена оценка динамики эоловых процессов в пределах участка Рассвет и создана геодинамическая схема распространения ЭГП. Выявлены основные этапы развития эоловых процессов на стационарном участке Нельхай, характеризующиеся определенными формами эолового рельефа, а также рассчитаны средние скорости осадконакопления для каждого этапа.

На основе выявленных закономерностей и расчета количественных параметров, характеризующих проявление процессов, выполнена геоэкологическая оценка воздействия абразионно-аккумулятивных и эоловых процессов на прибрежные территории.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Хак, Виктория Аркадьевна, Иркутск

1. Бояркин В.М. Братское водохранилище. Иркутск, 1973. - 96 с. Братское водохранилище. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР / Под ред. Ф.И. Белых, В.А. Знаменского. - JL: Гидрометеоиздат, 1978. - 166 с.

2. Братское водохранилище. Инженерная геология территории. М.: Изд-во АН СССР, 1963.-273 с.

3. Бубликова Ю.И., Кошинский С.Д. Типы полей ветра над Братским водохранилищем и их статистические характеристики // Гидрометеорологический режим водохранилищ и крупных озер Сибири. Вып. 18.-М.: Гидрометеоиздат, 1975.-С. 3-71.

4. Вендров C.JI. Изменение рельефа берегов и дна Цимлянского водохранилища в 1952-1956 гг. // Изв. АН СССР. Сер. географ. 1957. - № 3. -С. 75-85.

5. Вендров СЛ., Маккавеев Н.И., Мельникова Г.Л., Широков В.М.

6. Эволюция берегов и дна водохранилищ // Инженерно-географические проблемы проектирования и эксплуатации крупных равнинных водохранилищ. М.: Наука, 1972. - С. 7-49.

7. Вендров СЛ., Широков В.М. Изучение берегов при создании и эксплуатации водохранилищ в Сибири // Изучение берегов водохранилищ Сибири. Новосибирск: Наука, 1977. - С. 5-15.

8. Вика С., Овчинников Г.И., Тржцинский Ю.Б., Тыц А., Щипек Т.

9. Развитие природных процессов на берегах Братского водохранилища. -Иркутск: ИЗК СО РАН, 2000. 71 с.

10. Гречищев Е.К. Метод расчета ширины зоны размыва берегов на примере Братского водохранилища. Иркутск, 1961. - 96 с.

11. Демьянович Н.И. Прогноз оползней на ангарских водохранилищах. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. 86 с.

12. Зснкович В.П. Основы учения о развитии морских берегов. М.: Изд-во АН СССР, 1962.-710 с.

13. Золотарев Г.С. Инженерно-геологическое изучение береговых склонов водохранилищ и оценка их переработки // Труды лабор. гидрогеол. пробл. Т. XII.-М.: Изд-во АН СССР, 1955.-С. 180-235.

14. Зоиов Б.В., Шульгин М.Ф. Гидрология рек бассейна Братского водохранилища. М.: Наука, 1966. - 168 с.

15. Кпчугнн Е.Г. Геологическое изучение динамики берегов водохранилищ. -М.: Наука, 1975.- 145 с.

16. Качугнн Е.Г. Инженерно-геологические исследования и прогнозы переработки берегов водохранилищ // Рекомендации по изучению переработки берегов водохранилищ. М.: Госгеолтехиздат, 1959. - С. 3-90.

17. Лещиков Ф.Н., Спесивцев В.И. Влияние сезонного промерзания на формирование берегов ангарских водохранилищ, сложенных лессовидными породами // Береговые процессы в криолитозоне. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984.-С. 67-71.

18. Литвин В.М. Региональная инженерно-геологическая оценка экзогенных геологических процессов юга Восточной Сибири. Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Иркутск: 1989. - 21 с.

19. Логачев H.A., Ломоносов Т.К., Климанова В.М. Кайнозойские отложения Иркутского амфитеатра. -М.: Наука, 1964. 193 с.

20. Логинов В.В. Динамика береговой зоны бесприливных морей. М.: Изд-во АН СССР, 1963.-379 с.

21. Мазаева O.A. Особенности геологической среды развития линейной эрозии // Геология и геодинамика Евразии. Материалы научной конференции. -Иркутск, 1999.-С. 120-121.

22. Маккавеев Н.И. Заиление зон выклинивания подпора // Инженерно-географические проблемы проектирования и эксплуатации крупных равнинных водохранилищ. М.: Наука, 1972. - С. 36-42.

23. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 1986. -264 с.

24. Никифорова Г.П. Геоморфологические условия развития оврагов на территории лесостепной зоны Братского водохранилища // Молодежь Восточной Сибири в 'решении проблем научно-технического прогресса. -Иркутск, 1978.-С. 135-139.

25. Никифорова Г.П., Филиппов В.М. Развитие карстово-эрозионных процессов на побережье Братского водохранилища // Берега водохранилищ: Тез. докл. к V совещанию по изучению берегов сиб. водохранилищ. -Иркутск, 1970.-С. 42-43.

26. Овчинников Г.И. Условия формирования береговой зоны на Осинском участке Братского водохранилища // Четвертое Всесоюзное совещание по . изучению берегов Сибирских водохранилищ: Тез. докл. Иркутск, 1975. - С. 90-92.

27. Осипов В.И. Геоэкология: понятие, задачи, приоритеты // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1997. - № 1. - С. 312.

28. Печеркин И.А. Геодинамика побережий камских водохранилищ. Т. 2. -Пермь, 1969.-308 с.

29. Пуляевский Г.М. К размываемости горных пород на берегах водохранилищ // Труды координированных совещаний по гидротехнике. Вып. 71. Л., 1972. -С. 79-83.

30. Пуляевский Г.М. О некоторых вопросах размыва берегов на Братском водохранилище // Труды совещ. по изучению берегов водохранилищ и вопросов дренажа в условиях Сибири. Вып.1. Новосибирск, 1969. - С. 193201.

31. Пуляевский Г.М. Размываемость горных пород на берегах Братского водохранилища в период наполнения: Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 1968. - 22 с.

32. Пуляевский Г.М., Овчинников Г.И., Лещиков Ф.Н., Пинегин A.B.

33. Природные условия и особенности формирования берегов Ангарскихводохранилищ // Изучение берегов водохранилищ Сибири. Новосибирск: Наука, 1977.-С. 79-97.

34. Пуляевский Г.М., Овчинников Г.И., Никифорова Г.П.

35. Волноэнергетическая характеристика береговой зоны Ангарских водохранилищ // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Вып. 107.-Л., 1976. С. 114-121.

36. Пуляевский Г.М., Пинегин A.B., Овчинников Г.И., Некрасов ВЛ.

37. Размывы берегов ангарских водохранилищ // Изв. Вост.-Сиб. отдела геогр. о-ва СССР. Т. 68.-Иркутск, 1971.-С. 19-26.

38. Пышкин Б.А. Динамика берегов водохранилищ. Киев: Изд-во АН УССР, 1973. -413 с.

39. Рагозин А.Л., Бурова В.Н. Региональный анализ абразионной опасности и риска на морях и водохранилищах России // Современные проблемы изучения берегов. СПб.: ИТА РАН, 1995. - С. 45-46.

40. Рекомендации по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям на водохранилищах для строительства. -М.: Стройиздат, 1986. 132 с. Ренетип Л.Н. Братское водохранилище // Сборник работ Братской ГМО. -Иркутск, 1969. - С. 6-19.

41. Рогозин A.A. К определению объема вод Братского водохранилища. Формирование планктона и гидрохимия Братского водохранилища. -Новосибирск: Наука, 1973. С. 138-141.

42. Судольский A.C. Вдольбереговые течения на отмелях водохранилища // Труды ГГИ. Вып. 106.-Л.: Гидрометеоиздат, 1963. С. 174 - 181.

43. Тржцинский Ю.Б. Эволюция инженерно-геологических условий в зонах влияния водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада ГЭС: Автореф. дис. . д-ра геол.-мин. наук. Иркутск, 1994. - 48 с.

44. Тржцинский Ю.Б., Баженова H.H., Сараева Е.П., Серов А.Г. Инженерно-геологические особенности зоны влияния ангарских водохранилищ // Формирование берегов Ангаро-Енисейских водохранилищ. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - С. 50-59.

45. Тржцинский Ю.Б., Будз М.Д., Зарубин Н.Е. Оползни, сели, термокарст в Восточной Сибири и их инженерно-геологическое значение. М.: Наука, 1969.- 135 с.

46. Тржцинский Ю.Б., Сараева Е.П., Баженова H.H. Методика изучения динамики блоковых оползней Восточной Сибири // Мониторинг экзогенных геологических процессов: Тез. докл. науч.-техн. семинара. М.: ВСЕГИНГЕО, 1986.-С. 172-175.

47. Усть-Илнмское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология территории. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1975. - 215 с. Филатова Т.И. Исследования течений в озерах и водохранилищах. - JL: Гидрометеоиздат, 1972. - 319 с.

48. Филиппов В.М. Активизация карста, коррозия и сопутствующиеэкзодинамические процессы побережий водохранилищ // Инженерно-геологические проблемы Камских водохранилищ. Тезисы докладов конференции. Пермь, 1983.-С. 19-20.

49. Филиппов В.М. Динамика карста ангарских водохранилищ: Автореф. дис. .'. канд. геол.-мин. наук. JL, 1988. - 17 с.

50. Формирование берегов ангарских водохраншпиц / Под ред. Ю.Б. Тржцинского. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. 72 с. Формирование берегов Красноярского водохранилища / Под ред. В.М. Широкова. - Новосибирск, 1974. - 234 с.

51. Хак В.А. Некоторые закономерности развития эоловых процессов в береговой зоне Братского водохранилища // Строение литосферы и геодинамика: Материалы XX Всероссийской молодежной конференции. -Иркутск: ИЗК СО РАН, 2003 б. С. 239-240.

52. Хак В.А. Уровенный режим как один из основных факторов развития эоловых процессов в береговой зоне ' Братского водохранилища // Современные вопросы геологии: Материалы молодежной конференции "3-й Яншинские чтения". М.: Научный мир, 2003 г. - С. 436-438.

53. Хак В.А. Формирование .и развитие береговой зоны Братскоговодохранилища в различных условиях морфолитогенеза // Строениелитосферы и геодинамика: Материалы XXI Всероссийской молодежнойконференции. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2005. - С. 235-237.

54. Хак В.А., Козырева Е.А., Максимшпииа Ю.С. Некоторые вопросыразвития берегов ангарских водохранилищ // Srodowisko przyrodnicze wobeczagrozen antropogenicznych. Sosnowiec, 2005. - C. 67-80.

55. Халилов Ш.Б. Заиление Мингечаурского водохранилища продуктамиразрушения берегов и смыва со склонов: Автореф. дис. . канд. геогр. наук. 1. Баку, 1969.-24 с.

56. Шадрин И.Ф. Вдольбереговые и компенсационные течения у отмелого аккумулятивного берега // Труды Океанографической комиссии. Т. 8. М.: Изд-во АН СССР, 1961.-С. 158-169.

57. Шадрин И.Ф. Течения береговой зоны бесприливных морей. М.: Наука, 1972.- 128 с.

58. Шварцман А.Я. Исследование и расчет мутности в прибрежной зоне водохранилища // Труды ГГИ. Вып. 124. JI.: Гидрометеоиздат, 1965. - С. 4 -25.

59. Ярославцев H.A. Динамика наносов прибрежной зоны Горьковского водохранилища. // Сборник работ по гидрологии. № 4. JL: Гидрометеоиздат, 1964. - С. 84-118.

60. Jennings J.N. Cliff-top dunes // Australian Geogr. Stud., 1967. T. 5. - № 1. - p.40.49.

61. Szczypek T., Wach J. Antropogeniczna wydma krawedziowa w Bukownie na Wyzynie Slaskiej w latach 1989-1993. Katowice: Uniwersytet Slaski, 1993. - 52 s.

62. Szczypek T., Wach J. Rozoj wspolczesnej wydmy w warunkach silnej antropopresji. Katowice: Uniwersytet Slaski, 1991. - 79 s.