Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Региональный и локальный прогноз переработки берегов водохранилища на р. Толе (Монголия)

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Региональный и локальный прогноз переработки берегов водохранилища на р. Толе (Монголия)"

РГ6 од 1 г ДПР 1999

На правах рукописи

БАЛДАНЖАВЫН АРИУНСАН

РЕГИОНАЛЬНЫЙ И ЛОКАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩА НА р. ТОЛЕ (Монголия)

04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидита геолого-минералогических наук

Улан-Батор - Москва 1999 г

, v<4 <* ' v' Г4 А

< . К' ^ J * 4 " * -- >

Работа выполнена на кафедре геологии и минералогии Монгольского Народного университета и в Производственном и иаучно-исследоисследовате-льском институте по инженерным изысканиям в строительстве(ПНИИИС) Госстроя России.

Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук, профессор Р.С.Зиангиров

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор геолого-минералогических наук Н.Л. Шешеня

кандидат геолого-минералогических наук В.И. Васильев

Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной ге-ологии(ВСЕГИНГЕО)

Защита состоится -/3 апреля 1999г в 13 час.ЗО мин. на заседании диссертационного совета К 033.11.01 в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя России по адресу: 105058, Москва. Окружной проезд, 18.

С диссертацией можно познакомиться в науно-технической библиотеке ПНИИИС.

Автореферат разослан /Ямарта 1999г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах.заверенных печатью, просим высылать по указанному адресу ученому секретарю совета.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат геолого-минералогических наук О.П.Павлова

Я? ¿>"3 < о .

\

г~рг\ СЯ/С /> /:<>' / О

РОССИЙСКАЯ 'ОСУДЛРСТЗЕШ1ЛЯ БИБЛИОТЕКА

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темь!. Для территории Монголии одной из приоритетных задач в современных условиях является развитие дешевой энергетики посредством строительства гидроузлов при одновременном решении проблем регулирования горных рек и создания горных водохранилищ лиц обеспечения страны водой. Выполнение регионального и локального прогноза переработки берегов будущего водохранилища на р. Тола в Монголии, по результатам инженерно-геологических изысканий, является научной основой и обоснованием целесообразности такого строительства. Научные исследования по решению отмеченной задачи дня условий Монголии являются пионерными и весьма актуальными. Исходя из опыта эксплуатации водохранилищ России, процессам переработки берегов подвержены не менее 36" о их общей протяженности. Переработка берегов водохранилищ обычно сопровождается уничтожением земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, разрушениями дорог, лесных массивов и других экономически и социально важных объектов. Безвозвратные потери земель и лесов являются также первопричиной экологической катастрофы - загрязнения воды продуктами биохимического разложения древесины, попадающей в водохранилище. Предлагаемые исследования направлены на уменьшение социальных, экономических, экологических и других потерь страны от переработки берегов проектируемого Тольского водохранилища. Этим определяется актуальность выполненных автором исследований.

Цель работы состоит в составлении прогноза переработки берегов Тольского водохранилища с учетом их генетических типов, инж4нерно-геологических, ннжеиерно-гидрологических и гидрогеологических условий, мерзлотных условий и природных процессов на берегах водохранилища при заданных уровнях его сработки.

Основные задачи работы сводятся к следующим:

1. Оценка природных условий (инженерно-геологических, инженерно-гидрологических, климатических и других) берегов водохранилища с их уточнением на участках предполагаемой интенсивной переработки берегов.

2. Инженерно-геологическое районирование территории водохранилища по ' основным факторам процессов переработки берегов водохранилища.

3. Обоснование методики и составление локального и регионального прогноза переработки берегов водохранилища.

На защиту выносятся такие основные положения:

1. Процессы переработки берегов развиваются под воздействием трех основных групп факторов. Это: факторы среды; факторы естественного изменения состояния и свойств среды и факторы техногенного изменения среды. Поскольку территория Тольского водохранилища практически не освоена, то факторы третьей группы на интенсивность развития данных процессов не оказывают существенного влияния. К факторам первой группы относятся климатические, гидрометеорологические, геоморфологические условия долины р. Толы; литоло-го-генетические комплексы пород, вскрытые склонами, их инженерно-геологи -ческие свойства и состояние; структуры (складчатые и разрывные). К факторам второй группы отнесены новейшие и современные тектонические перемещения, включая сейсмичность, экзогенные геологические процессы.

2. Инженерно-геологическое районирование прибрежных территорий водохранилища направлено на выделение таксонов, квазиоднородных по условиям развития процессов переработки их берегов. Основным признаком выделения районов являются наборы литолого-генетическнх комплексов пород, сформировавшихся в одинаковых геотектонических, климатических, гидрохимических условиях и испытавших одинаковую степень вторичных изменений (преобразований) процессами диагенеза и гипергенеза. В пределах территории районов подрайоны выделяются по геоморфологическим условиям распространения вышеуказанных литолого-генетическнх комплексов пород в зоне и вне зоны воздействия будущего водохранилища. Инженерно-геологические участки обособляются по признакам строения толщи пород в зоне влияния водохранилища и за ее пределами. Выделение участков в зоне влияния водохранилища осуществляется также с учетом таких инженерно-геологических и

. гидрометеорологических групп признаков, в которых суммарно отражены многолетние воздействия энергий волнения и характер движения наносов в акватории водохранилища.

3. Прогнозы переработки берегов водохранилища составляются для отдельных локальных участков-профилей, так называемых "ключевых участков," которые используются в качестве инженерно-геологических моделей строения склонов и условий их переработки после создания водохранилища. Они являются

природными аналогами при региональных прогнозах, а их результаты распрос-страняются на квазиоднородные (по условиям развития процессов переработки берегов) инженерно-геологические участки, обособленные при районировании. Значения данных прогнозов следует рассматривать как ориентировочную оценку интенсивности развития рассматриваемых процессов. Точность такой оценки зависит от степени схематизации при выделении таксонов районирования. Научная новизна работы заключается:

в уточнении климатических, гидрометеорологических и инженерно-геологических факторов переработки берегов, впервые осуществленных для условий проектируемого Тольского водохранилища;

в выделении квазиоднородных, по условиям развития процессов переработки берегов водохранилища,таксонов инженерно-геологического районирования и составлении для каждого таксона прогнозов переработки берегов;

в критическом анализе и применении существующих методик изучения и прогнозирования переработки берегов на примере Тольского водохранилища;

в разработке предложений по организации стационарных режимных наблюдений за переработкой берегов водохранилища на р.Толе и по усовершенствованию теории и методологии их прогнозирования.

Исходные банные и яичный вклао в исследования по защищаемой работе. Автором проанализированы и критически обработаны материалы инженерных изысканий, проводимых экспедициями Производственного' и научно- исследовательского института инженерных изысканий в строительстве (ГТНИИИС) Госстроя СССР-РФСР (1980-1989 гг.) и Гидропроекта Минэнерго СССР-РФСР (19851989 гг.), собственные исследования в период с 1990 по 1996 гг. При этом особое внимание уделялось изучению состава, мощности, свойств различных лнтолого-генетических типов пород, их структурно-текстурных особенностей в различных приповерхностных зонах выветривания, климатических и гидрометеорологических факторов, гидрогеологических и мерзлотных условий. При построении серии промежуточных и окончательных, рабочих, инженерно-геологических карт, разрезов к ним, характеристике состояния и свойств пород разных формаций использовались также результаты геофизических работ различных организаций.

Практическое значение и реализация результатов работы. Выполненные автором научные исследования по предложенной теме являются первыми региональными работами для условий Монголии. Роль результатов этих специализированных "исследований необычайно важна для решения практических

задач проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений на горных реках Монголии. По результатам ориентировочных прогнозов переработки берегов водохранилища могут быть приняты соответствующие правительственные решения по расселению и использованию прибрежных территорий в зонах затоплении водохранилища и подтопления. Это позволит избежать значительных материальных и социальных потерь, предусмотреть защитные предупредительные мероприятия по недопущению проявлений экологически опасных и высокоушербных природных процессов. Результаты данных прогнозов и региональных исследований могут быть использованы в других регионах Монголии со сходными природными условиями. Впервые для долины р.Толы составлены карты инженерно-геологического районирования территории будущего водохранилища по условиям развития процессов переработки его берегов в масштабе 1:25 ООО и инженерно-геологических условий левобережного участка интенсивной переработки склонов (масштаб 1:5000).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях и симпозиумах.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 печатных работах, изложены в 3 производственных отчетах, отражены в 2 специальных картах,

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 162 страницах текста, включающих введение, 4 главы и заключение. В ней содержится 15 таблиц, 9 рисунков и список литературы из 52 наименований.

4 Диссертация выполнялась на кафедре геологии и минералогии Монгольского народного университета, а также в ПНИИИСе Госстроя России под руководством д.г.-м.н.,профессора Р.С.Зиангирова. Автор глубоко признателен своему научному руководителю и коллегам по совместной работе за советы и постоянную помощь в работе.

Глава!. КЛИМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ

ФАКТОРЫ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩА.

Среднегодовая температура воздуха составляет +3,1°С при абсолютном максимуме в июле +39"С и минимуме в декабре -49°С. Годовая сумма осадков равна 261 мм: 9(><1о их выпадает в период с мая по сентябрь.По данным метеостанции г. Улан-Батора, в районе водохранилища в безледоставный период преобладают ветры северо-западного и восточного направлений, действующие соответственно 17° о и 13° о времени. Значительная часть безледоставного периода

(37° о) характеризуется безветренной погодой. Преобладающие скорости ветров здесь изменяются от 1-2 до 9-10 м/с. Расчет высоты ветровых волн осуществлялся с помощью номограммы А.П. Браславского. Высоты волн, образующихся при скоростях ветра, не указанных в номограммах, определялись посредством интерполяции. Энергия волнения, соответствующая различной высоте и продолжительности действия волн, определялась по номограммам Е.Г. Качугина. Установлено, что максимальные высоты золи на большей части акватории водохранилища создадут ветры северо-западного и западного направлений при скорости 28 м/с. Высоты волн до 2 и при этом будут наблюдаться в нижней части водохранилища , имея разгон длиной 3,0-3,3 км; волны высотой 2,1-2,6 м будут иметь место в средней части при длине разгонов 3,7-5,4 км. Южные направления ветров, проявляющиеся здесь редко, вызовут волны высотой 2,5-2,7 м при разгонах около 5-6 км. Высоты "рабочих" волн (по расчету) изменяются от 0,2 до 0.66 м, составляя средние значения 0,3-0,4 м. Поскольку ветры северного и северозападного направлении для Тольского водохранилища преобладают, то они определят величину и характер волноэнергетического воздействия на береговые склоны .

В условиях значительной извилистости береговой линии водохранилища перемещения наносов в его акватории будут иметь локальное проявление. Их перемещения на большие расстояния не ожидаются и вдоль береговой линии. Разрушенный и размытый крупнообломочкый и песчаный материал будет аккумулироваться, в основном, в тыловых частях затопленных пойм и, частично, на поверхности прибрежной отмели.

Проектируемое водохранилище по своим эксплуатационным параметрам характеризуется сезонно-мкоголетним регулированием стока. Его акватория по особенностям уровенного режима условно разделена на такие гидрологические зоны: нижнюю, среднюю и верхнюю; в отдельную зону выделены заливы в устьевых частях крупных притоков р.Толы (р.Налайхэнгол, ур.Хуандайнам). Условной границей между нижней и средней зонами принят уровень максимальной сработки водохранилища 1350,0 м; границей между средней и верхней зонами служит уровень сработки 50° »-ной обеспеченности, равный 1375,0 м.' Переработка береговых склонов в нижней и средней зонах водохранилища будет происходить в-течение всего безледоставного периода. В верхней зоне продолжительность развития процессов переработки колеблется от 202 до 86 дней (на участке выклинивания водохранилища). По величине среднемноголетней

энергии волнения (Е) акватория водохранилища подразделяете* на подзоны, в которых:

энергия (Е) не превышает 10 тыс.тм(правобережный участок в приплотинной части, заливы, верховья водохранилища);

Е составляет 16-20 тыслм ( суженные участки акватории, левобережный участок, примыкающий к створу плотины);

Е изменяется в пределах 20-40 тыс.тм( средняя зона водохранилища; левобережный участок, расположенный в 1,5-2,0 км выше створа плотины);

Е изменяется от 40 до 60 тыс.тм. ( левобережные участки в расширенных частях акватории,расположенные на расстоянии 1.9-3.4 км от створа плотины и вблизи устьевой части р.Налайхэнгол).

Глава 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ТОЛЬСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА.

Анализ данной группы факторов проводился по материалам работ экспедиции ПНИИИС в 1986-1987 гг. и инженерных изысканий для обоснования ТЭО и проекта,выполненных Гидропроектом(1987-1989 гг).

2.1. Геоморфологические факторы развития процессов переработки берегов.

В зоне воздействия данных процессов находится часть современной долины , р. Толы (до русла реки) и примыкающие к ней склоны. В пределах современной долины наиболее широко развиты низкая пойма реки с отм. ее поверхности (на участке створа плотины) 1342,34-1342,84 м( ее высота не превышает 1,0-1,5 м). Высокая пойма развита спорадически в виде участков шириной 50-300 м, длиной -от0,5 до 0,8 км и выражена в рельефе нечетко. Ее высота не превышает 2,5 м.

Надпойменные террасы р. Толы (первая, вторая, третья) отделены от пойм четко выраженным уступом высотой 5-10 м, крутизной 10-20°, реже 30°. Участки распространения надпойменных террас маркируют границы древней долины ПраТолы. Вероятно, овраги, прорезающие вторую и третью надпойменные террасы, заложены по направлению древних рукавов реки, огибающих выступы палеозойского фундамента. В современном рельефе они выражены в виде вытянутых узких (150*200 м) понижений глубиной до 1,0 м. Останцы более высоких надпойменных террас в рельефе выражены слабо на отм. выше 1410 м. Поверхности террас имеют крутизну 2-4°, реже 6"; протяженность останца пятой надпойменной террасы не,превышает 170 м, ширина,- (50 м; длина и ширина фрагмента шестой надпойменной террасы составляет 450 и 100 м соответственно.

Седьмая и восьмая надпойменные террасы эрозионные. Они выделяются по перегибам элювиально-делювиальных склонов. Склоны долины р. Толы, в основном, делювиального, пролювнально-делювиального, делювиально-осыпного и обвально-осыпного генезиса.Делювиальные и деяювиально-пролювиальные склоны имеют крутизну от 2 до 10" с выраженной в рельефе бровкой (абс.отм.1440-1445м). Обвально-осыпные и деяювиально-осыпные склоны сформированы на участках, где они вскрывают песчаники и алевролиты; их высота достигает 40-50 м и более, средняя крутизна не превышает 18-25°; исключение составляют береговые уступы в породах палеозоя, где их крутизна равна 40-45°. Склоны имеют значительную эрозионную расчлененность, слабо задернованы.

2.2. Геологические факторы развития процессов переработки берегов проектируемого водохранилища.

В пределах исследуемой территории встречены различные литолого-генетические типы дисперсных образований четвертичного возраста, которые перекрывают нерасчлекенные плиоцен-четвертичные пролювиально-делювиаль-ные отложения, слабо литифицированные породы нижнего мела и сцементированные породы оргошулинской свиты средне,- верхнекамеиноугольиого возраста.

Литолого-генетические комплексы четвертичных образований (0) наиболее широко представлены аллювиальными и склоновыми отложениями. Причем, первые из них слагают современную долину р. Толы, останцы разновозрастных надпойменных террас реки и ее древнее переуглубленное русло. Датировка четвертичных склоновых образований производилась с учетом их взаимоотношения с геоморфологическими элементами современной и древней долины р.Толы.

Склонами долины р. Толы вскрыты зоны тектонических нарушений IV и V • порядков, классифицированные в соответствии со СНиП- 2-02-02-85. Они прослеживаются в обнажениях коренных пород, контролируются эрозионной сетью и вскрыты на различных отметках буровыми скважинами.

Нарушения IV порядка имеют северо-восточное и субширотное простирание, падение - от 40 до Х0", то есть являются соскладчатыми с активизацией подвижек по ним в плиоцен-четвертичное время. Их протяженность, составляет 2-5 км, мощность сместителя (интенсивно измененных пород вокруг трещины) 1,5-3,0 м, з<5ну влияния около 15-20 м (в ней отмечается серия кулисообразно замещающих трещин-сместителей).* В зове трещин-сместителей породы интенсивно раздроблены. ожелезиены и перетерты до состояния щебня и дресвы, присутствует глинка

трения. Встречается также тектоническая брекчия на железисто-карбонатном цементе, слабая и средней прочности. Зоны влияния разрывов имеют повышенную трещиноватость пород; по трещинам отмечается сильное ожелезнение, хлори-тизация. По зонам IV порядка установлены вертикальные перемещения с амплитудами в несколько сотен метров.

Разрывные нарушения V порядка имеют такую же ориентировку как и разрывы IV порядка. Их протяженность составляет 300-1000 м, мощность прнтрещинного интенсивного изменения пород - 0,5-1,0 м, ширина зоны влияния -5-10 м. Кроме данных нарушений, отмечены многочисленные региональные тектонические трещины (У1-1Х порядки) и мелкая (фоновая) трещиноватость пород.

2.3. Особенности гидрогеологических условий.

В долине р. Толы выделяется водоносный комплекс,приуроченный к: а) аллювиальным гравийно-галечниковым отложениям поймы и первой надпойменной террасы; 6) аллювиально-пролювиальным суглинкам с включением гравия и гальки; в) элювиальным образованиям коры выветривания коренных пород; г) склоновым гравитационным образованиям; д) песчаникам и алевролитам.

Воды миоценовых, средне,- верхнеплиоценовых, нижне,- средне,- верхнечетвертичных и голоценовых аллювиальных и пролювиально-аллювиальных комплексов распространены повсеместно, залегая на глубинах от 0,5 м на низкой пойме ,и до 10 м на надпойменных террасах или шлейфах прояювиальных образований-Водоносные горизонты имеют свободную поверхность, исключая участки, где они разделены прослоями глинистых пород, а также участки распространения много-летнемерзлых пород. Величины местных напоров составляют 0,5-4,0 м. Водонос-сность пород комплекса довольно высокая, составляя при понижении уровня воды в скважинах до 2,4 м - 10,2 л/с; коэффициенты фильтрации аллювия поймы в долине р. Толы достигают 300 л/сутки; дебиты родников равны 25 л/с. Минерализация вод данного комплекса колеблется в пределах 0,04-0,9 г/л. По составу они относятся к/идрокарбонатно-кальциевым, кальциево-магниевым, кальциево-натриевым; по отношению к бетону нормальной плотности воды неагрессивные, реже, слабо агрессивные.

Воды миоценовых, нижне,- среднеплиоценовых, нижне,-среднечетвертичных и голоценовых озерных, озерно-алдювиальных и озерно-гравитационных геолого-генетических комплексов развиты в песчаных, песчано-галечниковых и супесчаных отложениях. Мощности водоносных горизонтов изменяются от нескольких до

40 м и более. Они залегают на глубине 1-10 м, имеют свободную поверхность, редко с местным напором до 1,5 м. Дебиты родников незначительные, изменяясь от долей до 1 л/с. Коэффициенты фильтрации песчано-галечниковых образований достигают 250 м/сут. Минерализация вод горизонтов довольно высокая и возрастает от периферии (0,2 г/л) к центру завалов (382 г/л); состав вод колеблется от пресных гидрокарбонатных, гидрокарбонатно-сульфатных и натриевокальци-евых, неагрессивных к бетонам нормальной плотности, до хлоридно-натриево-магниевого состава, с сульфатной агрессивностью к бетону и железобетону. Водоотдача пород комплекса слабая.

Воды олигоценовых, миоценовых, плиоценовых, нижне,- средне,-верхнечетвертичных и голоценовых пролювиальных, делювиально-пролювиальных, делю-виально-осыпных (обвальных), обвально-ог элзиевых геолого-генетических комплексов пород развиты в слабо отсортированных обломочных, дресвяно-щебенистых и глыбово-блоковых накоплениях. Коэффициенты фильтрации обломочных образований в супесчаным заполнителе достигают 0,3 м/сут. Глубина залегания вод изменяется от нескольких до 100 м, а мощность - от 3 до 60 м.. Водообильность горизонтов воды весьма различна, значительно уступая водообильности горизонтов вод аллювиального комплекса. Минерализация вод изменяется в пределах 0,2-0,6 г/л. Воды гидрокарбонатные кальциево-магниевые и кальциево-натриевые. неагрессивные к бетонам нормальной плотности.

Подземные воды палеозойских отложений, заключенные в трещиноватых песчаниках и алевролитах, в пределах днища реки тесно связаны с аллювиальным комплексом. Режим вод песчаников и алевролитов, вскрываемых склонами, зависит от метеорологических факторов и, в меньшей степени, от реки. Скальные массивы характеризуются невысокой водопроницаемостью при достаточно резко выраженной фильтрационной неоднородности. Она определяется наличием разрывных тектонических нарушений и разгрузкой массивов, обусловленной врезом реки. Зоны выветривания (элювиальный комплекс вод) и разгрузки пород массива имеет такие пределы изменений величин удельных водопоглощеиий (ц): ч = 0,01-1.25 л/мин при среднем значении 0,25 л/мин и коэффициенте фильтрации (К) - (0,03-4,0) м/сут при среднем значении 1,0 М/сут. Зона относительно сохранных скальных пород может считаться водоупором с величинами: я = (0,001-0,04) л/мин при среднем значении 0,03 л/мин; К = (менее 0,03-0,12) м/сут, при среднем значении 0,10 м/сут. Зоны тектонических разрывных нарушений в скальных массивах играют дренирующую роль для водоносного комплекса, залегающего в

днище долины реки. На глубинах до 10 м здесь встречены единичные случаи, когда коэффициен? фильтрации скальных пород достигает 13,4 м/сут.

2 .4.Геокриологические условия долины р.Тола.

Геокриологические условия исследуемой территории определяются высотной климатической зональностью, пространственным взаиморасположением тектонических блоков в новейшем и современном рельефе, крутизной их склонов, наличием древесной растительности, литологическим составом пород геолого-генегических комплексов и их обводненностью. В соответствии с этим здесь обособляются такие геокриологические зоны : зона преимущественно сплошного распространения многолетнемертых парод (ММП)- занимает высокогорную часть территории. Участки с прерывистым распространением ММП здесь редки. Их нижняя граница на склонах северной экспозиции проводится на уровне появления ММП, на шлейфах обломочных образований - у подножья склонов; зона остренного распространения ММП- ее нижняя граница проводится вдоль нижней кромки участков ММП на склонах северной экспозиции, верхняя - у подножья склонов северной экспозиции, где ММП образуют единый массив, занижающий днища долин и северные склоны структурных блоков. При этом участки ММП здесь не превышают 50% об общей площади зоны; зона реОкоостровного распространения ММП- ее ниж:гяя граница проходит по наиболее низко расположенным островам ММП, а верхняя - на уровне появления ММП на склонах северной экспозиции. Мощность ММП не превышает 15 м. Расстояние между отдельными островами составляет несколько десятков километров. ММП занимают не более 5-10% от общей площади данной зоны. Острова ММП встречаются на участках, где в составе верхней части разреза дисперсных пород до глубины 5 м преобладает тонкодисперсный материал; грубообломочный или грубозернистый аллювий сильно заилен; в верховьях реки и ее притоков; в родниковых западинах, во впадинах,типа Налайхинской; зон а спораОическаго распространения ММП- ее нижняя граница проводится по островам ММП в родниковых западинках, расположенных наиболее низко. Верхней границей зоны служит нижний предел распространения островов в ММП. Они занимают здесь около 5" о от общей площади зоны, их мощность не превышает 10 м при медианных значениях 1-5 м.

2.5. Особенности состава и физико-Механических сврйств пород, перерабатываемых водохранилищем

Различные литолого-генетические олигоцен-четвертичные комплексы дисперсных и палеозойских скальных пород по интенсивности их размываемости изменяются от трудно размываемых скальных и гравийно-галечниковых до легко размываемых песков. Для условий долины р. Толы наибольший интерес представляют песчаные накопления. Они широко развиты на участке расширения долины ПраТолы, где максимальная вскрытая их мощность достигает 20 м. Обобщенные показатели физико-механических свойств различных литолого-генетических типов четвертичных отложений даны в таблице!.

Таблица 1.

Обобщенные показатели инженерно-геологических

свойств четвертичных отложений

Наименование грунтов Плот ностъ У. г/см' Негес т вент я влажность Степень вгсаж-ност 11, в Пока чател ь коне и-стен- Ц11Н I Числ о плас-тнчн ости Ь Коэф пори стост и е Модуль дефо Р маци и Н, МПа Сцеп яение С, МПа Угол внутреннего трепня ф.гра Д. Огно сител ь ная прос а-доч-ностъ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Алиовнальные пески, грмелистыс высоки* пойм и 1-надпойменной террасы 1,702,03 0,320,44 40 0,02 36

То же, среднаерннсгае 1,651,98 31 0,89 - - 0,390,64 30 0,01 34 -

То же, медхочер -нисгые 1,541,64 36 0,95 - - 0,63 28 0,008 30 -

Галькн осадочных и метаморфических пород 1,731,87 40 0,028 42

То же, с\песн поим 1,68 5-11 0,36 0 2,95,3 0,340,56 24-25 0,030,021 19-23

То же, 1 нядпои -меинон террасы 1,772,09 3-10 0,150,22 0 7,912,7 0,620,84 10 0,009 16 -

То же, см'.тонкп пойм 1.М5-1,88 15-29 0,620,95 0,220,56 7,114,4 0,340,51 25-30 0,008 23 0,20

То же, 1 надпойменной террасы I,«-2,17 8-17 0,520,65- 0,370,49 17,2 - 7,0 0,006 12 -

То же, глины пойм 1,82 23 - 0,98 0,02 3-4 «,642 26 0,03 16 0,003

То же, супеси с гравием 1 надпойменной террасы 1,85 12,0 0,50 4,9-20 0,361,10 9-30 0,001 0,045 21-35 0,0030,025

Пролювиальные суглинки 1,542,17 5-22 0,440,96 0-0,88 3-6 0,570,73 12-20 0,0250,035 25-30 0,0090,029

То же, супеси 1,751,88 4-28 0,220,68 0-0,32 - - 11,0 0,001 35 -

То же, супеси со щебнем - - - - - 11,0 0,001 37 -

Делювиальные суглинки п глины не-расчленешме 1,80 . 8,1 0,45 0 12 0,508 42 0,032 0,092 18-22

Деяювнально-про- ЛЮПШ1Ш1ЫС супеси 1,972,00 9,0 0,170,51 0 4-в 0,73 20 0,025 33 0,037

То же су глинки 1,872,10 10-21 0,87 0,160,28 30-34 0,87 12 0,020,025 14 -

тоже, глгаш 1,82 21,40 0,42 0,07 .15 0,75 16 0,014 22 -

Тожедерасчленен-.ныс супесп.сугяи-т и щебень 2,04 9 - 0 9-14 - 30 0,001 35 -

2.6. Экзогенные геологические процессы.

Развитие современных экзогенных геологических процессов определяется интенсивностью и знаком тектонических перемещений структурных блоков за олигоцей-четвертичный этап, вещественным составом и строением массивов пород, и' также зонально-климатическими условиями. Эти общие для всей "Монголии закономерности обусловили проявление на исследуемой территории . • парагенетически связанных между собой процессов выветривания пород и разгрузки в йх массивах естественных напряжений; процессов криогенной десерпции, солифлюкции, пучения и термокарста, морозобойного растрескивания, наледообразовання,эрозии и заболачивания. Для каждого из перечисленных процессов выявлены и сформулированы закономерности развития и пространственного щх распространения.

Глава 3. ПРОГНОЗ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ .ВОДОХРАНИЛИЩ

Теория прогнозов переработки берегов водохранилищ до настоящего времени не имеет строгого научного и методического обоснования. Часто имеющееся хорошее научное сопровождение не подтверждается строгим математическим обеспечением, то есть, ^отчетливо наметился разрыв между научным • обоснованием теории прогнозов, методами прогнозирования и математическим обеспечением. В инженерной геологии широко известны методы Н.Е. Кондратьева, Г.С. Золотарева, Е.Г. Качугнна, Е.К. ГречнщеваОни стали хрестоматийными, тем не менее не имеют строгой теоретической базы. Геологические факторы, определяющие интенсивность развития процессов переработки беретов водохранилищ, а следовательно, являющиеся научной основой прогнозов, наиболее полно • отражены в методах Г.С. Золотарева, Е.Г. Квгчугииа, А.Л. Рагозина. В остальных, из вышеназванных, основное внимание уделяется гидрологическим факторам. Однако, не всегда характер и энергия волнового воздействия определяют формирование нового берегового склона, особенно если рассматривать этот процесс во времени. Напротив, берега, геологическое строение которых соответствует исходному положению гидрологических (энергетических) методов расчетов переработки, являются исключением, а не типичным случаем.

Отсутствие учета в традиционных прогнозах переработки берегов водохра-нилищ(ППБВ) многообразия взаимодействия геологических, гидрологических и гидрогеологических факторов в значительной мере преодолено в перманентных прогнозах в разработках В.К. Епишина, В.Н. Экзарьяна и' М.М. Адас. Процесс формирования берегов рассматривается ими как стохастический, характеризующийся кумулятивным эффектом запаздывания по отношению к воздействию . факторов, что особенно ощутимо внутри годового цикла; Среди существующих методов прогнозов переработки берегов водохранилищ особое место занимает метод природных аналогов, разработанный Л.Б. Розовским для лессовых берегов . Основой указанного метода является выбор природных аналогов, качественно и количественно подобных объекту прогнозирования. .Правильно выбранный аналог позволяет достаточно точно выполнить прогноз.

Успех прогнозирования определяется знанием основных региональных и зональных закономерностей развития данных процессов.Наиш «следования позволяют считать, что интенсивность переработки берегов применительно к условиям долины р. Толы будет увеличиваться при переходе ог максимально поднятых структурно-тектонических блоков к относительно опущенным (или 4 минимально поднятый) блокам, от очень сильно расчлененных участков к менее

расчлененным, от зоны развития мерзлых пород к зоне талых, от территорий с избыточным увлажнением к территориям с умеренным, недостаточным и остронедостаточным увлажнением, от средне,- малозаселенных к густонаселенным. Эти закономерности распространяются на однотипные по генезису и комплексам пород берега, которые находятся на одной стадии развития и перерабатываются, в основном, по абразионному типу.Они близки по содержанию разработкам В.Н.Буровой. Для участков берегов с активизацией развития склоновых гравитационных процессов значительных объемов будут характерны некоторые отличия в роли названных факторов. Со временем интенсивность переработки таких берегов будет уменьшаться при переходе от склонов без крупных по объему склоновых гравитационных процессов к склонам с этими процессами. Согласно В.Н. Буровой, увеличение длительности безледоставного периода на 10 дней вызывает увеличение объемных скоростей берегоразрушений в среднем на 5-7° о. Эту связь описывает степенная функция вида: V - а х и х 10"4 (1), где V - объем переработки пород берега в первую или во вторую стадию развития процесса в м5/м.год; а - коэффициент интенсивности переработки пород берега в м3/м.сут; и - среднемноголетняя продолжительность безледоставного периода, сут.

3.2. Обоснование выбора методики прогнозирования процессов переработки берегов

Применительно к современному состоянию инженерно-геологической изученности территории долины р. Толы и стадии проектирования водохранилища, составляемые нами прогнозы будут ориентировочными, локальными и региональными, долго,- и дальнесрочными. Для их составления были использованы материалы инженерно-геологических, гидрогеологических изысканий, в том числе:

инженерно-геологические разрезы масштаба 1:1000 и 1:2000, которые характеризуют строение основных типов береговых склонов по всему периметру водохранилища, а также изменение состава, свойств пород, гидрологических и мерзлотных условий в пределах склонов ;

карта инженерно-геологических условий масштаба 1:5 000, отражающая особенности развития процессов переработки береговых склонов на левобережном участке в приплотинной части водохранилища;

карта инженерно-геологического районирования территории водохранилища масштаба 1:25 ООО. Она характеризует геологическое строение склонов, состав слагающих их пород вне и в зоне влияния будущего водохранилища с учетом степени их размываемости;

сведения о развитии склоновых процессов на территории проектируемого водохранилища:

данные о фактическом развитии процессов переработки береговых склонов водохранилищ, имеющих аналогичные гидрометеорологические и инженерно-геологические условия, то есть сведения о природных аналогах. При этом сопоставление аналогов и объекта прогноза осуществлялось на качественном уровне;

характеристики уровенного режима проектируемого водохранилища; данные о длительности безледоставного периода, ветроволноэнергетиче-ском воздействии на береговые склоны, характере наносодвижущих сил.

Составление локального и регионального прогнозов ППБВ осуществлялось в соответствии с методическими рекомендациями ПНИИИСа .

Локальный прогноз ППБВ проводился по 23 поперечникам. Они использовались в качестве инженерно-геологических моделей (природных аналогов) строения склонов и условий их развития (переработки) после создания водохранилища. По каждому поперечнику рассчитывалась величина переработки берегового склона при эксплуатации водохранилища с отметкой НПУ 1370,6 м с периодом упреждения 10 лет и с отметкой НПУ 1380,5 м на 10-летний срок и "конечную" стадию переработки. Их профили строились с использованием. комплексной методики прогнозирования, разработанной в ПНИИИСе Госстроя России. За расчетный уровень сработки принят уровень сработки 50° о-ной обеспеченности, обладающий наибольшим абразионным эффектом среди всех уровней сработки. Он получен по результатам наблюдений за переработкой берегов водохранилищ с многолетним регулированием стока на участках аналогах. Для проектируемого Тольского водохранилища уровень сработки (1350,0 м) повторяется 1 раз в 100 лет, а длительность его стояния не превышает 1 месяца. Прогноз переработки пород берегов водохранилища по принятой методике осуществлялся в два этапа. Вначале строился профиль переработки берега- на 10-летнюю стадию развития процессов графоаналитическим методом Г.С. Золотарева с соответствующими поправками. Верхний, нижний пределы размыва, 1 зона наката ие учитывались при построении профиля из-за небольших значений

высот "рабочих" волн, которые не превышают в среднем 0,2-0,4 м. Характерные значения углов отмелей да* песчаао-глинистых, дресвяно-щебенистых, гравийно-галечниковых отложений взяты по участкам аналогам предгорных водохранилищ При построении надводного откоса за 10-летннй этап переработки склона его крутизна принималась близкой к предельно допустимым значениям .

Дальнесрочный (на "конечную" стадию) прогноз переработки берегов осуществлялся с использованием графоаналитического метода (для построения расчетного профиля переработки) н энергетического метода (для определения длительности "конечной" стадии развития процессов). Объем размыть ; пород определялся на 1 п.м. берега, а по формуле Е.Г. Качугина - срок переработки, соответствующий "конечной" стадии: (3=ЕхК,хКьхг, где 0 - объем пород, размытых за определенный срок, м3/м; Е - значение среднемноголетней энергии волнения, тм; К, - коэффициент разиываемости пород, слагающих береговой склон, м/тм; К» - коэффициент, учитывающий высоту берегового склона; I - период упреждения прогноза, годы; в - показатель степени, определяющий скорость затухания размыва пород берегов. Значения К, доя пород проектируемого водохранилища определены по природным аналогам , параметр "в" - по таблице 8.1 методики ПНЙИИС . Величина переработки пород берегов на "конечную" стадию оценивалась с учетом разового достижения отметки НПУ 1383,4 м в конце срока переработки.

При построении профилей переработки склонов на "конечную" стадию углы надводных скяанов задавались с учетом результатов лабораторных испытаний грувтов и фактических (полевых) измерений склонов природного состояния.

3.3. Ориентировочные локальные прогнозы переработки берегов.

Указанные прогнозы осуществлялись поэтапно. Вначале выполнялся

локальный прогноз для наиболее хорошо изученного левобережного участка. Для 31 поперечника был выполнен расчет энергии волнения у берегового участка. С учетом этих данных в таблице 2 приведены результаты локального прогноза для различных типов берегов (по скорости нх переработки).

3.4. Инженерно-геологическое районирование береговых склонов;

Выполнение регионального прогноза переработки берегов водохранилища

на данной стадии инженерно-геологической изученности долины р. Толы, из-за отсутствия достаточно представительных данных о гидрологических и волноэ-нергетических условиях будущего водохранилища, и распространение их резуль-

Таблица 2

Прогноз переработки береговых склонов левобережного участка

_ в нижней части водохранилища_

Типы берегов по скорости их переработки за 10-легтою стадию, м/год

Период Стадии Абс.о-ш Расчетные данные

упреж - переработ- НПУ, для прогноза интенсивно быстро средне перера- медленно пере- очень медлен- практически

дешш / ки XI перерабат перерабат батываемые, рабатываемые. но перераба- не перераба-

ы- ы-ваемые, <3 = 2,5-5,0 <3= 1.0-2.5 тываемые, тываемые

ваемыс, 0 = 5-7 <3 = 0.1-1.0

0> Ю

10 лет 10 лет 1370,6 Протяженность 0,45 0,31 1,45 0,75 1,57 3,6 0,6

берега, км -1.

Величина перера-

ботки, I, XI 106 58 34-40 26 11,0 5,5 ДО 1,0

Объем размытых до 6,0

пород, тыс.м1,0 281,3 127,0 242,2 51 55,0 90,0

20 лет 10 лет 1380,5 Ь 0,45 ■ 0,15 1,0 0.75 1, 0,85 5.15 0,35

I 105 68 35 26 14 23 10,0 ДО 1,0

О 294 81 150,1 110,3 50,4 48,5 180,3 до 3,5

более "конечная" 1380,5 Ветчина перера- . 324 ■ 13« 75 36 50 25 37 до 1-2

20 дет ботки,»«

• СшыарныЯ объем

различных пород*, 1878,9 ■ . 313 437,7 216,0 305 114,0 965,5 10-20

ТЫС.М1

Длительность

"конечной" стадии, 50-60 более 100 около более более около более 100 около 20

год 25 100 100 25

Примечание: * суммарный объем размытых пород при эксплуатации водохранилища с НПУ 1370.6 м и НПУ 1380.5 м. Общая протяжен-

• ность береговой линии водохранилища составляет 8.73 км (при НПУ!) и 9.65 км (при НПУ;). Объем пород, размытых со склонов левобережного участка (на "конечную" стадию) составляет около. 4.25 млн.м'.

тагов на всю береговую линию водохранилища не возможно без указанного районирования. Располагая результатами локальных прогнозов на примере довольно хорошо изученного левобережного участка, после выполнения районирования представляется возможным осуществить региональный прогноз.

Районирование прибрежной территории проектируемого водохранилища проводилось на основе карты масштаба 1:25000 с целью выделения участков, качественно однородных (квазиоднородных) по условиям развития ППБВ. Оно осуществлялось по наиболее существенным факторам развития данных процессов с выделением районов, подрайонов и участков. Квазиоднородность таксонов районирования проверялась с помощью математических моделей дисперсионного анализа. Районы обособлялись по комплексам пород с близкими условиями их осадконакопления и примерно одинаковой степенью литификации. Инженерно-геологические подрайоны выделялись по геоморфологическим условиям распространения литолого-генетических типов пород в зоне и вне зоны влияния водохранилища. В пределах подрайонов участки обособлялись по строению толщи пород, находящейся в зоне и вне зоны влияния водохранилища. При обособлении участков в зоне влияния водохранилища использовались две независимые группы признахов: инженерно-геологические и гидрометеорологические. которые учитывают значения среднемноголетней энергии волнения и характер перемещения наносов в акватории будущего водохранилища. Совмещение двух видов районирования (прибрежной территории и акватории) позволяет учитывать общность геологических, геоморфологических, гидрометеорологических условий, которые определяют характер, величину, интенсивность и длительность переработки береговых склонов. В пределах рассматриваемой территории выделены 6 инженерно-геологических районов, 26 подрайонов и 29 участков, качественно подобных по условиям развития ППБВ.

3.5.0риентировочные региональные прогнозы переработки берегов проектируемого водохранилища

Данные прогнозы осуществлялись по методу природных аналогов. Причем, такими природными аналогами являлись ключевые участки, которые были выбраны по результатам проведенного для этих целей типологического инженерно-геологического районирования прибрежной территории. Их надежность в значительной мере зависит также от степени схематизации инженерно-геологических, инженерно-гидрологических и гидрометеорологических условий долины р. Толы при выделении таксонов различного порядка (районов, подрайонов, участков).

Поскольку признаки этого районирования изучены достаточно детально на примере левобережного участка и серии крупномасштабных разрезов по типичным профилям будущего водохранилища, можно считать, что конечные таксоны районирования (участки) являются квазиоднородными по условиями развития' ППБВ. Их квазиоднородность была подтверждена с помощью математических моделей дисперсионного анализа.

Региональный прогноз предполагает оценку интенсивности переработки ' пород берегов в пределах выделенных квазиоднородиых участков, каждый из которых характеризуется определенными инженерно-геологическими (и иными) условиями развития склонов после создания водохранилища. Это достигается" посредством экстраполяции средних значений прогнозной скорости (за 10-летний этап), полученной на ключевых участках, на участки аналоги по условиям развития процессов переработки береговых склонов. Средние значения скорости переработки (за 10-летняй этап) будут изменяться в широком диапазоне от 11 до 0,1 м/год. Максимальную скорость (до 11 м/год) переработки будут иметь береговые склоны, сложенные комплексом аллювиальных, аллювиально- пролю-пропювнальных, пролювиаяьно-депювиальных и делювиальных песков, ? основном, верхнечетвертичного-голоценового, реже средне,-верхнечетвертичного воз-зраста. Они характеризуются наиболее высокими (для данного водохранилища) значениями среднемноголетней энергии волнения (более 50 тыс.тм) и повышенной интенсивностью волнового воздействия на песчаные берега. Процесс переработки песчаных берегов будет происходить за счет размыва и оплывания песков в результате их водонасыщения(абразионно-оползневой тип переработки).Анало-гичный характер разрушения песчаных берегов отмечается на участках их интенсивного подмыва рекой. Переработка берегов в песчаных отложениях будет происходить с выработкой абразионного уступа с постоянно увеличивающейся по высоте бровкой. Крутизна временного уступа может достигать 45» и более (при относительно небольшой его высоте). Процесс переработки в данных породах практически прекратится, когда в зоне сработки сформируется устойчивая к размыву отмель средней крутизной 1". При ¡этом верхний край абразионно-аккумулятивной песчаной отмели практически совпадет с кровлей неразмывае-мых песчаников (в которые врезаны надпойменные террасы р. Толы и ее притоки), а ширина зоны размыва достигнет постоянного значения. Дальнейшая переработка песчаных береговых склонов будет осуществляться за счет периодических, небольших по объему, смещений песков и выполаживания

надводного уступа. Прогнозная величина переработки песчаных берегов составит около 105-110 м за 10-летние этапы (при НПУ 1370,6 и 1380,5 м). В "конечную" стадию величина переработки песчаного берега на участке распространения первой террасы р. Толы достигнет 324 м; в пределах второй террасы р. Налай-хэнгол- 140 м. Результаты этих прогнозов показаны в таблице 3.

Глава 4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ ИЗУЧЕНИЯ И ПРОГНОЗА ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ Одной из основных задач инженерных изысканий для решения задач прог-. нозов является получение количественной информации по факторам среды формирования ППБВ и факторам естественного и техногенного их изменения. При этом точность прогнозов будет зависеть от продолжительности измерений параметров указанных факторов, во времени. Чем больше временной ряд этих измерений, тем выше точность прогнозов. Наблюдения за переработкой пород берегов Тольского водохранилища в периоды его заполнения до проектной отметки и последующей эксплуатации целесообразно выполнять методом повторных наземных стереофотограмметрических съемок. С этой целью по периметру проектируемого водохранилища в 1987-88 гг. ПНИИИСом были оборудованы И наблюдательных пунктов. Фотограмметрическая съемка должна сопровождаться детальным описанием пород склонов, их состояния; зон выветривания и разгрузки напряжений, характера и степени трещиноватости; измерениями геометрических параметров размываемых (перерабатываемых) геоморфологиче-. ских элементов склонов водохранилищ; измерений параметров, характеризующих состояние многолетнемерзлых пород; факторов техногенных нагрузок на склоны, включая графики режимов наполнения и сработок водохранилища. Следовате-тельно, при наблюдениях должна быть получена количественная информация по всем факторам среды развития процессов и факторам естественного и техногенного изменения среды и прогнозируемых параметров переработки.

В своих дальнейших исследованиях автор считает необходимым разработку теории прогнозов. При этом мы исходим из представлении, что теория прогнозов включает их структуру, понятийную базу и методологическую систему; факторы строения, свойств массивов перерабатываемых пород склонов, их естественных и техногенных изменений; постулаты системного анализа о модельности и разра-тываемыэ на их основе модели взаимодействия склонов водохранилища с волно-энергетическими его показателями; сравнительно-геологический анализ и его

Таблица 3

Региональный прогноз переработки склонов проектируемого

_ водохранилища _

Срок ЭКСПЛ) - атащш Столы переработки Абс. отм. НПУ, м Расчетные данные прогноза переработки берегов Типы берегов по скорости 1С переработки (1а 10-легнюю стадию, ы/год}

интенсивно перерабатываемы е (0 > Ю) быстро перерабатываемые средне псрсрабат ы- Ваемыс 0 = 2.5-3.0 медленно перерабатываемые 0= 1-2.5 очень медленно перерабатываемые 0 = 0.1-1.0 практически не перерабатываемые 0<0Л

0=7-10 0=5-7

10 лет • 10 лет 1370,6 Протяженность берега, км Величина переработки, м Объем размытых пород, тыс.м3 0,45 106 281,3 1,05 90 687 0,31 58 127 4,6 24-46 828 3,07 11-24 298 12,0 2-10 300 4,7 до 1,0 около 47

20 лет 10 лет 1380,5 Протяженность берега, км Величина переработки, м Объем размытых пород, тыс.м3 0,7 105-110 534,6 - 0,15 68 81 4,0 26-48 743 ■ 9,95 14-23 498 17,3 2-10 606 8,0 до 1,0 около 80

более 20 лет "конеч ная" 1380,5 Величина переработки, м Объем размытых пород, тыс. м> ( в числителе -тыс.м3, в-знаменателе - в °о от общего объема размытых пород по периметру водохранилища (10 млн. 989 тыс.м3) 140-324 2481,2 22,6 687 6,3 136 113 2,8 36-75 2100 19,1 25-50 ша 15,7 до 14-37 3280 29,9 до 10-20 400-450 3,6

Примечание: даина береговой линии составляет 26,2 км и 40,1 км соответственно при НПУ 1370,6 и 1380,5 и.

принципы вероятностного геологического подобия; соответствующее математическое обеспечение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования по составлению регионального и локального прогнозов переработки берегов водохранилища на р. Толе в Монголии позволяют сформулировать следующие основные выводы и положения, определяющие теоретическую, научную и практическую значимость диссертации и являющиеся объектом защиты.,

1.Процессы переработки берегов развиваются под воздействием трех основных групп факторов. Это: факторы среды; факторы естественного изменения состояния и свойств среды и факторы техногенного изменения среды. К факгорам первой группы относятся климатические, гидрометеорологические, геоморфологические условия долины р. Толы; литолого-генегические комплексы пород, вскрытые склонами, их инженерно-геологические свойства и состояние; структуры (складчатые и разрывные). К факторам второй, группы отнесены новейшие и современные тектонические перемещения, включая сейсмичность, экзогенные геологические процессы.

2. Процессы переработки берегов происходят под воздействием многих факторов. Их набор и роль меняется во времени и в пространстве. Чтобы оценить это изменение, необходимо разделить территорию^ водохранилища на участки, сходные по условиям развития, проявления и активизации данных процессов. Инструментом дая такого разделения служит инженерно-геологическое районирование прибрежных территорий водохранилища. Оно направлено на обособление таксонов, квазиоднородных по условиям развития ППБВ. Районы выделялись по набору литолого-генетических комплексов пород, сформировавшихся а сходны*. геотектонических, гидрохимических, климатических условиях н испытавших Одинаковую степень вторичных изменений (преобразований) процессами диагенеза и гнпергенеза; подрайоны - по геоморфологическим условиям распространения пород в 'зоне и вне зоны воздействия водохранилища; участки - по строению толщи пород.

3. Прогнозы переработки берегов водохранилища составляются поэтапно, что . вызвано'недостаточной изученностью факторов развития процессов переработки берегов водохранилища. Для хорошо изученых "ключевых" участков вначале

составлен локальный ориентировочный прогноз, а по их результатам-региона-льный, используя результаты районирования и метод природных аналогов.

Усовершенствование теории прогнозов потребует также исследования по уточнению понятийной базы и их методологической системы; по составлению различных моделей взаимодействия водохранилища и факторов развития ППБВ на основе постулатов системного анализа о модельности; по структуре прогнозов и их математическому обеспечению. Перечисленные направления станут основными в наших исследованиях в ближайшие годы.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1. Гидрометеорологические факторы переработки берегов Тольского водохранилища. / Журнал " Поиски и разведка". Улан-батор, 1995 (соавтор Я.Болд).

2. Геоморфологические условия района Тольского водохранилища./ Тр. IV научной конференции. Улан-Батор, 1996 (соавтор Я.Болд, Б.Бат).

3. Особенности гидрогеологических и мерзлотных условий Тольского водохранилища./Тр. IVнаучной конференции.Улан-Батор, 1996.

4. Состав и физико-механические условия перерабатываемых отложений Тольского водохранилища./Журнал "Наука и жизнь ", Улан-Батор, 1995.

5. К вопросу локального прогнозирования переработки берегов водохранилища. / Тр. V научной конференции. Улан-Батор, 1996.

6. Проблема регионального прогнозирования переработки берегов водохранилищ. / Тр. V научной конференции. Улан-Батор, 1996.

7. К вопросу формирования химического состава подземных вод в условиях Центральной Монголии. / Журнал "Поиски и разведка", Улан-Батор, 1993.

8. Гидрогеологическое районирование Центральной Монголии в связи с оценкой качества природных вод хозяйственного питьевого назначения. / Тр. 111 научной конференции. Улан-батор, 1990 (соавтор В.М.Степанов),

9.0 закономерностях размещения терригенных грубообломочных осадков бассейна верхнего течения р. Толы, / Журнал " Поиски и разведка". Улан-Батор, 1982( соавтор А.Л.Чеховский).

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Балданжавын Ариунсан, Улан-Удэ

Кафедра геологии и минералогии Монгольского национального университета

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС)

Госстроя России

РЕГИОНАЛЬНЫЙ И ЛОКАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩА НА р. ТОЛЕ (МОНГОЛИЯ)

Специальность 04.00.07 Инженерная геология, мерзлотоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Балданжавын Ариунсан

и грунтоведение

Научный руководитель, доктор геолого-минералогических наук, профессор Зиангиров Р.С.

Улан-Батор - Москва

1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. ....................................... 4

1. КЛИМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ

ФАКТОРЫ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ТОЛЬСКОГО

ВОДОХРАНИЛИЩА................................ 9

1.1. Общие сведения...........:.............. ...... 9

1.2. Климатические и гидрометеорологические факторы развития процессов переработки берегов водохранилища .. 11

2 .ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПЕРЕРА -

БОТКИ БЕРЕГОВ ТОЛЬСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА. 15

2.1. Геоморфологические факторы развития процессов переработки берегов водохранилища............ ...... 18

2.2. Геологические факторы развития процессов переработки берегов........................................ 21

2.3. Особенности гидрогеологических условий............ 51

2.4. Геокриологические факторы развития процессов переработки берегов водохранилища . . ......................58

2.5. Особенности состава и физико-механических свойств пород, перерабатываемых водохранилищем............. 63

2.6. Современные экзогенные геологические процессы и явле -ния......................:........................... 66

З.ПРОГНОЗ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ 80

3.1. Состояние теории и методов прогнозирования....... 80

3.2. Обоснование выбора методики прогнозирования процессов переработки берегов.............................. 86

3.3. Ориентировочные локальные прогнозы переработки бере-

Стр.

гов Тольского водохранилища

90

3.4. Инженерно-геологическое районирование береговых скло -нов проектируемого водохранилища по условиям их переработки ......................................... 95

3.5. Ориентировочные региональные прогнозы переработки берегов проектируемого водохранилища............. 108

4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ ИЗУЧЕНИЯ И ПРОГНОЗА ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ....................... .................... 133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................... 140

ЛИТЕРАТУРА................................. 151

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Для территории Монголии одной из приоритетных задач в современных условиях является развитие дешевой энергетики посредством строительства гидроузлов при одновременном решении проблем регулирования горных рек и создания горных водохранилищ для обеспечения страны водой. Выполнение регионального и локального прогноза переработки берегов будущего водохранилища на р. Толе в Монголии по результатам инженерно-геологических изысканий является научной основой и обоснованием целесообразности такого строительства. Научные исследования по решению отмеченной задачи для условий Монголии являются пионерными и весьма актуальными. Исходя из опыта эксплуатации водохранилищ России, процессам переработки берегов подвержены не менее 36% их общей протяженности. Переработка берегов водохранилищ обычно сопровождается уничтожением земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, разрушениями дорог, лесных массивов и других экономически и социально важных объектов. Безвозвратные потери земель и лесов являются также первопричиной экологической катастрофы -загрязнения воды продуктами биохимического разложения древесины, попадающей в водохранилище. Предлагаемые исследования направлены на уменьшение социальных, экономических, экологических и других потерь страны от переработки берегов Тольского водохранилища. Этим определяется актуальность выполненных автором исследований.

Цель работы состоит в составлении прогноза переработки берегов Тольского водохранилища с учетом их генетических типов, инженерно-геологических, инженерно-гидрологических и гидрогеологических условий мерзлотных условий и природных процессов на берегах водохранилища при заданных уровнях его сработки.

Основные задачи работы сводятся к'следующим:

1. Оценка природных условий (инженерно-геологических, инженерно-гидрологических и других) берегов водохранилища с их уточнением на участках предполагаемой интенсивной переработки.

2. Инженерно-геологическое районирование территории водохранилища по основным факторам процессов переработки берегов водохранилища.

3. Обоснование методики и составление локального и регионального прогноза переработки берегов водохранилища.

На защиту выносятся такие основные положения:

1. Процессы переработки берегов развиваются под воздействием трех основных групп факторов. Это: факторы среды; факторы естественного изменения состояния и свойств среды и факторы техногенного изменения среды. Поскольку территория Тольского водохранилища практически не освоена, то факторы третьей группы на интенсивность развития данных процессов не оказывают существенного влияния. К факторам первой группы относятся климатические, гидрометеорологические, геоморфологические условия долины р. Толы; литолого-генетические комплексы пород, вскрытые склонами, их инженерно-геологические свойства и состояние; структуры (складчатые и разрывные). К факторам второй группы отнесены новейшие и современные тектонические перемещения, включая сейсмичность, экзогенные геологические процессы.

2.Инженерно-геологическое районирование прибрежных территорий водохранилища направлено на выделение таксонов, квазиоднородных по условиям развития процессов переработки их берегов. Основным признаком выделения районов являются наборы литолого-генетических комплексов пород, сформировавшихся в одинаковых геотектонических, климатических, гидрохимических условиях и испытавших одинаковую степень вторичных изменений (преобразований) процессами диагенеза и гипергенеза. В пределах территории районов подрайоны выделяются по геоморфологи-

ческим условиям распространения вышеуказанных литолого-генетических комплексов пород в зоне и вне зоны воздействия будущего водохранилища. Инженерно-геологические участки обособляются по признакам строения толщи пород в зоне влияния водохранилища и за ее пределами. Выделение участков в зоне влияния водохранилища осуществляется также с учетом таких инженерно-геологических и гидрометеорологических групп признаков, в которых суммарно отражены многолетние воздействия энергий волнения и характер движения наносов в акватории водохранилища.

3.Прогнозы переработки берегов водохранилища составляются для отдельных локальных участков-профилей, которые используются в качестве инженерно-геологических моделей строения склонов, и условий их переработки после создания водохранилища. Для условий долины р.Тола это природные аналоги при составлении региональных прогнозов. Результаты прогнозов по отмеченным ключевым участкам (природным аналогам) распространяются на квазиоднородные (по условиям развития процессов переработки берегов) участки инженерно-геологического районирования. По данным этих прогнозов осуществляется региональный прогноз переработки береговых склонов водохранилища по всему его периметру. Его значения следует рассматривать как ориентировочную оценку интенсивности развития рассматриваемых процессов. Точность такой оценки зависит от степени схематизации при выделении таксонов инженерно-геологического районирования.

Научная новизна работы заключается:

в уточнении климатических, гидрометеорологических и инженерно-геологических факторов переработки берегов, впервые изученных для условий будущего Тольского водохранилища;

в выделении квазиоднородных, по условиям развития процессов переработки берегов водохранилища, таксонов инженерно-геологического районирования и составлении для каждого таксона локальных прогнозов пе-

реработки берегов с дальнейшим использованием их результатов для региональных ориентировочных прогнозов;

в критическом анализе и применении существующих методик изучения и прогнозирования переработки берегов водохранилища для условий Монголии на примере Тольского водохранилища;

в разработке предложений по организации стационарных режимных наблюдений за переработкой берегов водохранилища на р.Толе.

Исходные данные и личный вклад в исследования по защищаемой работе. Автором проанализированы и критически обработаны материалы инженерных изысканий, проводимых экспедициями Производственного и научно-исследовательского института инженерных изысканий для строительства (ПНИИИС) Госстроя СССР-РСФСР (1980-1989 гг.) и Гидропроекта Минэнерго СССР-РСФСР (1985-1989 гг.), собственные исследования в период с 1990 по 1996 гг. При этом особое внимание уделялось изучению состава, мощности, свойств различных литолого-генетических типов пород, их структурно-текстурных особенностей в различных приповерхностных зонах сохранности. При построении серии промежуточных и окончательных, рабочих, инженерно-геологических карт, разрезов к ним, характеристике состояния и свойств пород разных формаций использовались результаты геофизических работ различных организаций в рассматриваемом регионе.

Практическое значение и реализация результатов работы. Выполненные автором научные исследования по предложенной теме являются первыми региональными работами для условий Монголии. Роль результатов этих специализированных исследований необычно важна для решения практических задач проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений на горных реках Монголии. По результатам ориентировочных прогнозов переработки берегов водохранилищ, могут быть приняты соответствующие правительственные решения по расселению и исполь-

зованию прибрежных территорий в зонах затопления водохранилища и подтопления. Это позволит избежать значительных материальных и социальных потерь, предусмотреть защитные предупредительные мероприятия по недопущению проявлений экологически опасных и высокоущербных природных процессов. Результаты данных региональных исследований могут быть использованы в других регионах Монголии со сходными природными условиями. Впервые для долины р.Тола составлены карты инженерно-геологического районирования территории будущего водохранилища по условиям развития процессов переработки его берегов в масштабе 1:25 ООО и инженерно-геологических условий левобережного участка интенсивной переработки склонов (масштаб 1:5 ООО).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях и симпозиумах.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 7 печатных работах, изложены в 3 производственных отчетах, отражены в 2 специальных картах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 156 страницах текста, включающих введение, 4 главы и заключение. В ней содержится 15 таблиц, 9 рисунков и список литературы из 52 наименований.

Диссертация выполнялась на кафедре геологии и минералогии Монгольского народного университета, а также в ПНИИИСе Минстроя России под руководством д.г.-м.н., профессора Р.С.Зиангирова. Автор глубоко признателен своим научным руководителям и коллегам по совместной работе за советы и постоянную помощь в работе.

Глава 1. КЛИМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ТОЛЬСКОГО

ВОДОХРАНИЛИЩА 1.1. Общие сведения Согласно Ф.П. Саваренскому (1935) и большинству исследователей, под термином "переработка берегов" мы понимаем комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных денудационно-аккумулятивных геологических процессов (абразионных, оползневых, обвальных, карстово-суффозио -нных, перемещения и отложения наносов и т.п.), обусловленных воздействием водных масс водохранилищ на берега и приводящих к деформациям и разрушениям прибрежных территорий.

Район исследования расположен в пределах юго-западных отрогов хребта Хэнтэй и характеризуется среднегорным рельефом с крутыми склонами и гребневидными водоразделами. Абсолютные отметки поверхности земли достигают 1800 м при относительных превышениях над урезом р. Тол около 500 м. Долина реки имеет корытообразный профиль, ширину по урезу от 500 до 1000 м в местах сужения и более 1000 м - на участках расширения. Склоны долины имеют крутизну до 40-45°. Дно долины плоское, занято поймой, превышение которой над меженным урезом реки составляет первые метры. На отдельных участках развита 1 надпойменная аккумулятивная терраса высотой 6-8 м, фрагментарно встречаются более высокие террасовые уровни. Русло 'р. Толы сильно извилистое, его ширина в межень составляет 40-70 м, глубина реки на перекатах не превышает 0,2-0,5 м, увеличиваясь на плесах до 1-2 м.

Проектируемый гидроузел на р. Толе и его водохранилище располагается в 16-ти км выше г. Улан-Батора. В состав гидроузла входят земляная плотина из местных строительных материалов, паводковый водосброс и водозабор. Водохранилище относится к небольшим горным водоемам долинного типа. Оно займет полностью пойменную часть современной доли-

ны реки. На отдельных участках водохранилище затопит фрагменты первой, второй и третьей надпойменных террас и останцы низких террас крупных боковых притоков - р. Налайхэнгол, руч. Хуандайнам, руч. Боян-Дзурх. Размеры водохранилища, с учетом разных отметок нормального подпорного уровня (НПУ), приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Размеры проектируемого водохранилища на р. Толе

Отм. НПУ, м Протя женно -сть бе-рего -вой Длина водо -хранилища по осевой Ширина водохранилища, м Заливы

линии > км, линии, м без заливов, с зали- ур. Хуандайнам р. Налайхэнгол

! макс, мин. вами протя женно сть, м шири на, м длина по осе вой ли НИИ, м протя жен-ность, м шири на, м длина ) м

1370,6 26,2 12250 1800 500 2250 1250 • 450 375 - - -

1380,5 40,1 18500 2450 380 2700 2500 500 1100 1375 500 525

При сработке уровня водохранилища до отметки "мертвого" объема (отм. 1350 м) длина водохранилища сократится до 5 км и оно полностью расположится в пределах поймы р. Толы. При затоплении долины р. Толы образуется два крупных залива - в урочище Хуандайнам (приплотинная часть водохранилища) и в устьевой части р. Налайхэнгол (при отм. НПУ 1380,5 м). При заполнении водохранилища до отм. 1370,6 м на левобережном участке (примерно в 3,5 км от створа плотины) образуется полуостров с узким перешейком (шириной 0,5 км), резко выдвигающийся в сторону ак-

ватории. При повышении отметки НПУ до 1380,5 м образуется остров шириной 0,3 км и длиной 0,5 км.

Извилистость береговой линии водохранилища обусловлена затоплением устьевых частей многочисленных промоин, оврагов, балок, прорезающих склоны долины р. Толы. Общая протяженность заливов водохранилища составит около 4,0 и 6,4 км, соответственно при НПУ 1370,6 м и 1380,5 м. Глубина водохранилища в нижней части будет колебаться от 21 до 31 м и от 31 до 41 м соответственно при его заполнении до отм. 1370,6 м и 1380,5 м.

1.2. Климатические и гидрометеорологические факторы развития процессов переработки берегов водохранилища.

Климат района исследования резко континентальный с большими суточными и годовыми амплитудами колебаний температуры воздуха и малым количеством атмосферных осадков. Среднегодовая температура воздуха составляет +3,1°С при абсолютном максимуме в июле +39°С и минимуме в декабре -49°С. Годовая сумма осадков равна 261 мм; 90% их выпадает в период с мая по сентябрь.

По данным метеостанции г. Улан-Батора в районе водохранилища в безле-доставный период преобладают ветры северо-западного и восточного нач правлений, действующие соответственно 17% и 13% времени. Значительная часть безледоставного периода (37%) характеризуется безветренной погодой. Преобладающие скорости ветров здесь изменяются от 1-2 до 9-10 м/с. Продолжительность более сильных ветров составляет менее 2 суток за без-ледоставный период. Поэтому эти ветры не оказывают существенного влияния на волноэнергетические параметры водохранилища, а, следовательно, на интенсивность развития процессов переработки водохранилища. Среднемноголетние характеристики ветров района водохранилища приведены в табл. 1.2. По этим характеристикам расчет волноэнергетических параметров проектируемого водохранилища целесообразно выполнить для

отметки НПУ 1380,5 м с тем, чтобы полученные прогнозные параметры (так называемые прямые расчетные показатели), можно было использовать при оценке "конечной" стадии переработки береговых склонов [ 1 ]. Расчет ветрового волнения осуществлен по 31 створу, каждый из которых характеризует типичные природные условия водохранилища. По каждому створу рассчитывались: высота волн и энергия их волнения (по 16 румбам, указанных в табл. 1.2), среднемноголетняя энергия волнения, "рабочая" в�