Наблюдения на водохранилищах за переработкой берегов. Мероприятия по защите берегов от переработки. Проект защитных мероприятий

Создание водохранилищ оказывает влияние на экзогенные геологические процессы, вызывая изменение формы (переработку) берегов. Берегами водо­хранилищ становятся поверхности пойменных и надпойменных террас, ко­ренные берега долин.

При образовании водохранилищ в результате изменения уровней, фильт­рационного режима, волновых воздействий и т.д. идет процесс переформиро­вания берегов, особенно интенсивно протекающий в первые годы после за­полнения водохранилища.

Величина переработки существенно зависит от геологического строения береговой зоны: минимальная при скальных грунтах, значительно возрастает при мягких грунтах и может достигать 1—2 % площади затопления. При неблагоприятных инженерно-геологических условиях создание водохранилища может привес­ти к обрушению береговых массивов, что может представлять угрозу безопа­сности гидроузла и привести к аварийной ситуации.

Различают четыре стадии эволюции берегов и котловин рав­нинных водохранилищ.

Начальная стадия, связанная с периодом первоначального наполнения водохранилищ, когда происходят интенсивные пере­формирования склонов и береговой полосы.

Стадия преобладания абразионно-аккумулятивных процес­сов в прибрежной зоне и интенсивного переформирования ложа.

Стадия преобладания неволновых акку­мулятивных процессов в прибрежной зоне и слабого преобразо­вания рельефа глубоководной зоны.

Стадия разделения водохранилища на отдельные изоли­рованные котловины.

В развитии берегов и котловин, характерном для горных во­дохранилищ, выделяются три стадии:

Начальная стадия, связанная с периодом первоначального наполнения, характеризуется перестройкой первичного рельефа котловины; сопровождается значительными изменениями бере­говой полосы (оползни, обвалы и т. п.), а также интенсивным заилением русла в верховой зоне.

Стадия активного переформирования берегов и заиления котловин.

Стадия отмирания водохранилища, полного заиления и за­несения водохранилища, формирования речного водотока.

В развитии берегов и котловин озерных водохранилищ стадия интенсивного переформирования берегов и ложа сменяется ста­дией затухания переработки берегов и слабого преобразования ложа.

При создании крупных водохранилищ рассматриваются три основных этапа: проектирования, строительства и эксплуата­ции.

При проектировании на стадии ТЭО собира­ется и изучается топогеодезический, метеорологический, гидроло­гический, геолого-геоморфологический, инженерно-геологический и гидрогеологический материалы ранее проведенных работ и ис­следований. В составе проектной документации разрабатывается проект мониторинга, в который входят основные положения наблюдений за состоянием береговой линии водохранилища.

Натурные наблюдения за состоянием береговой линии водохранилищ должны быть организованы со времени образования водохранилищ и продолжаться в течение всего времени строительства ГТС и эксплуатации комплекса.

Объем и периодичность натурных наблюдений первоначально устанавливаются проектом, в дальнейшем могут быть внесены изменения на ос­новании результатов наблюдений в зависимости от состояния берегов и изменений технических требований к контролю.

В состав наблюдений должны входить плановые и внео­чередные осмотры после чрезвычайных стихийных явлений (паводки низкой обеспеченности, штормы, земле­трясения) или аварий.

Для контроля за развитием русловых процессов и оценки их влияния на переработку берегов должны проводиться следующие наблюдения:

- за режимами водотока и расходами воды;

- за состоянием берегов в зоне расположения гидротехнических сооружений, волновыми процессами;

- за процессами льдо- и шугообразования в зимний период, заторными и зажорными явлениями;

- за отложением наносов, размывами подводных частей сооружений, креплением дна и откосов.

Для контроля состояния водохранилища должна регулярно поступать гид-
рологическая и метеорологическая информация от органов Роскомгид-
ромета, с которым заключается соглашение (договор) на передачу следующих материалов:

- текущие гидрологические данные по водотоку и прогнозы по ним;

- текущие метеорологические данные и прогнозы по ним;

- предупреждения о возможных стихийных бедствиях, их сроках и силе.

Наблюдения за деформацией берегов водохранилища под воздействием ветровых волн производятся нивелировкой надводных и промерами подводных частей берегов на закрепленных створах.

На участках с обнаруженными значительными размывами промеры производятся в дополнительных точках с таким расчетом, чтобы зафик­сировать границы и местоположение всей зоны размывов.

В водохранилищах, расположенных в зонах многолетнемерзлых пород, следует вести наблюдения за криогенными процес­сами (оттаивание мерзлых пород) и деформациями в ложе водохрани­лища, зоне сработки, береговых прибрежных зонах, районе гидроузла и ограждающих дамб.

Весенний технический осмотр проводится с целью освидетельствования технического состояния сооружений после таяния снега или зимних дождей, установления объемов работ по текущему ремонту в летний период и выявления необходимости капитального ремонта.

Осенний технический осмотр проводится ежегодно за 1,5 месяца до наступления морозов.

Мероприятия по защите берегов от переработки.

1. Прогноз переработки берегов.

Прогноз переработки берегов выполняется при проектировании и играет важную роль, так как на его основе выполняется планирование рационального использования и охраны прибре­жных территорий. Прогноз используется для решения вопроса о необходимости применения берегозащитных сооружений и мероприятий.

Формирование берегов водохранилищ существенно отличается в равнин­ных, горных и предгорных районах.

По пространственному признаку прогнозы следует подразделять на региональные, охватывающие всю береговую зону водохранилища или значительную ее часть, и локальные - приуроченные к небольшому по протяженности участку, где планируется осуществление конкретных инженерных мероприятий.

Для прогноза переработки берегов на проектируемых водохранилищах при отсутствии фактических данных о развитии процессов переработки берегов применяют метод аналогий, используя в качестве объектов-аналогов водохранилища, расположенные в сходных климатических и инженерно-геологических условиях из числа эксплуатируемых водохранилищ. Подбор аналогов наиболее эффективен для малых и средних водохранилищ, так как каждое из крупных водохранилищ обладает существенной индивидуальной спецификой.

Характер и динамика переработки берегов, размер зоны переработки зависят от ряда основных факторов.

В группу основных гидрометеорологических факторов входят:

- ветроволновой режим водохранилища;

- уровневый режим;

- скоростной и ледовый режимы;

- вдольбереговые движения наносов;

- при расположении водохранилищ в районах с суровым климатом, нали­чием многолетнемерзлых пород — развитие криогенных процессов, активи­зирующихся при создании водохранилища, в связи с отепляющим воздейст­вием воды водохранилища.

В группу геологических и геоморфологических факторов входят:

- геологическое строение, включая комплексы горных пород, условия их за­легания; для скальных пород — тектонические структуры, трещиноватость, со­временные тектонические движения, физико-механические свойства пород;

- геологические процессы, включая оползни, обвалы, карст;

- гидрогеологические условия и их изменения, связанные с уровневым ре­жимом водохранилищ;

- форма, высота, крутизна, изрезанность берегового склона.

К прочим факторам относятся задернованность склонов, зарастание дна и подводных отмелей водной растительностью, оказывающей волногасящий эффект.

Под их воздействием происходит переформирование профиля берега в условиях водохранилища в результате волновой абразии, оползне­вых, обвальных, просадочных, суффозионных, эрозионных и других процес­сов в зоне уреза уровней воды и процессов аккумуляции образовавшегося грунтового материала в приурезовой зоне в подводной части с переносом ча­сти материала волновыми течениями в сторону водохранилища (участвуя в его заилении) и вдольбереговыми течениями — на другие участки. Процессы абразии и аккумуляции приводят к образованию двух основных групп бере­гов: абразионных и абразионно-аккумулятивных.

Процесс аккумуляции возрастает, если грунт крупнозернистый, и уменьша­ется, если грунт мелкозернистый. Развитие процессов аккумуляции усложня­ется при значительных и частых сработках уровней водохранилища, когда происходит размыв отмели. Во взаимодействии волн с берегом образовавшая­ся береговая отмель по мере ее роста начинает выполнять волногасящую роль.

Процесс переработки берегов существенно зависит от показателей размываемости и растворимости, исходя из чего можно выделить породы:

- очень легкоразмываемые, к которым относятся мелко- и среднезернистые пески и супеси;

- легкоразмываемые — лессовые породы;

При эксплуатации водохранилищ уровневый и волновой режимы обычно существенно отличаются от проектных в условиях реального стока реки в разные годы и соответственно изменяющегося водопотребления. Уровневый режим оказывает существенное влияние на переформирование берегов, осо­бенно в условиях глубоких и узких водоемов со сработкой в десятки метров (что характерно для многих водохранилищ в горных и предгорных районах). В таких условиях волновой режим может выполнять подчиненную роль, а ва­жнейшую роль играют геологические факторы, включая выветривание пород в зоне изменения уровней, неравномерное обводнение склона, гидродинами­ческое давление, активизацию оползневых, карстовых и др. процессов.

Важнейшее значение для повышения достоверности прогноза переработки берегов водохранилищ имеет разработка максимально приближенных к ре­альным условиям инженерно-геологических моделей строения склонов и про­цессов переработки.

Прогноз зоны переработки берегов обычно выполняется за 10 и 50 лет экс­плуатации водохранилища. Из зоны десятилетней переработки обычно объе­кты выносятся, а земли отчуждаются.

При прогнозировании динамики переформирования берегов на длитель­ный период целесообразно периодически уточнять прогноз на основе данных натурных наблюдений за фактическим ходом переработки.

Опыт длительной эксплуатации крупных водохранилищ показал, что во времени процессы переформирования берегов постепенно затухают, хотя во многих случаях эти процессы характеризуются неравномерностью и нестационарностью, не имеют резко выраженного затухающего характера и опре­деляются конкретными условиями. Как по­казывают многолетние наблюдения на Камском водохранилище, процесс пе­реработки закарстованных берегов идет с незатухающей интенсивностью.

2. Мониторинг состояния берегов

В составе мониторинга следует проводить комплекс натурных наблюдений за режимом грунтовых вод, инженерно-гео­логических процессов на берегах водохранилищ и пр.

3. Крепление берегов водохранилища для защиты от переработки

Для защиты от переработки прибрежной зоны широко используются различные типы креплений (железобе­тонные, из камня, биологические путем посадки быстрорастущих берегоукрепляющих растений, подпорные стенки, буны, волноломы).

В определенных условиях защита берегов от переработки выполняется по всему периметру водохранилища, как например на Ташлыкском водохранилище-охладителе Южно-Украинской АЭС.

В состав крепления откоса входят пять конструктивных частей: основное покрытие (крепление), защищающее земляной откос в зоне наиболее интенсивного механического действия волн льда и других факторов, могу­щих вызвать его размыв; переходная часть в виде подготовки или обратного фильтра, ко­торая служит главным образом для сопряже­ния покрытия с земляным откосом, для защи­ты от выноса (суффозии) частиц грунта отко­са при проницаемом покрытии или для дрени­рования берегового откоса при высоком уров­не грунтовых вод и резком колебании уровня водоема; облегченное крепление или покры­тие с соответствующей подготовкой на откосе и дне в зоне ослабленных механических влия­ний действующих факторов; упор внизу основного крепления для предотвращения сползания покрытия по откосу и сопряжения основного крепления с облегченным на дне или на откосе; парапет, позволяющий снизить отметку верхней границы крепления.

Сборное железобетонное покрытие с открытыми швами обычно выполняют из плит, соединяемых шар­нирными связями из арматуры, что придает конструкции гибкость и повышен­ную водонепроницаемость.

Основное покрытие из каменной наброски выполняют с использованием сор­тированного или несортированного по фрак­циям материала. Применение однородного сор­тированного камня требует специального тех­нико-экономического обоснования, особенно при высоте расчетных волн, достигающих и превышающих 2 м, когда используются кам­ни значительной крупности.

Рис.18.1. Пример конструкции откосного крепления из монолитного или сборного
омоноличиваемого железобетона на подготовке

1-облегченное крепление- 2 - упор основного крепления; 3 - подготовка; 4 - основное железобетонное покрытие; 5- парапет; 6 -засыпка из рядового щебня или крупнообломочного грунта.

Переходную часть крепления — подготовку под сплошными и сквозными покрытиями выполняют однослойной из разнозернистого материала или слоистой из двух-трех слоев различного по крупности материала, подобран­ного по типу обратного фильтра или по пра­вилам, учитывающим условия волнового воз­действия.

Облегченное крепление подводного откоса и покрытие дна или защитную пригрузку при­меняют ниже основного крепления, где вслед­ствие уменьшенной интенсивности воздействий волн, льда и других факторов не требуются более капитальные конструкции. Облегченное покрытие обычно выполняют из одного слоя разнозернистого щебня, гравия, галечника или набросанного мелкого камня, реже — из желе­зобетонных плит. Зерновой состав материала этого покрытия должен обеспечивать достаточ­ную его устойчивость от размыва и препят­ствовать суффозии грунта откоса через пригрузку. Облегченное крепление вдоль нижней границы сопрягают зубом с земляным откосом, а вдоль верхней границы сопрягают с упором основного крепления.

Упоры креплений при сплошных монолит­ных и сборных железобетонных покрытиях вы­полняют в виде заглубленных в грунт желе­зобетонных плит или железобетонных блоков, а иногда в виде каменных призм или ряда свай. Высота упора не должна быть меньше суммарной толщины плиты покрытия и под­готовки. При устройстве упора в виде плиты ширину ее назначают не менее 1,5—2 м.

Под упорные плиты укладывают подготов­ку из рядового щебня или гравия толщиной слоя 15 см. Между упорной плитой и облег­ченным креплением дна устраивают прорезь, заполняемую камнем. Нижний ряд плит по­крытия соединяют с упорами жесткими свя­зями.

Монолитные сплошные железобетонные по­крытия применяют при высоте расчетной волны более 2 м и сложении откосов из грунтов, требующих достаточно жестких креплений.

Сборные железобетонные покрытия из омоноличиваемых плит применяют при необходи­мости сокращения сроков строительства и ком­плексной механизации работ, требовании водо- и грунтонепроницаемости покрытия.

Сборные железобетонные покрытия из плит с открытыми швами применяют при значитель­ной неравномерности осадки откоса; интен­сивном изменении уровня воды в водоеме и в грунте откоса; выходе на откос фильтрую­щихся или изливающихся подземных вод; аг­рессивном действии сред; необходимости ук­репления подводных откосов; производстве ра­бот в зимнее время; необходимости сокраще­ния сроков строительства и комплексной меха­низации работ; условиях эксплуатации, отри­цательно влияющих на прочность и долговеч­ность омоноличиваюшего заполнителя швов.

Каменную наброску применяют при значи­тельной агрессивности воды - среды, содержащей вредные химические примеси большой концентрации; сложении откосов из грунтов с растворимыми вредными примесями; повы­шенных требованиях по долговечности покрытия; значительной не­равномерности осадки откосов; необходимости укрепления подводных откосов; производстве работ в зимнее время.

Проект защитных мероприятий

Состав, содержание, порядок разработки, согласования и утверждения проектов по берегозащите должны соответствовать требованиям нормативных документов.

Основным требованием к проектированию берегозащитных сооружений должно быть понимание и учет природных условий и факторов, в которых будут работать сооружения, основными из которых являются: ветер, волнение, сработка водохранилища, ледовые явления, транспорт наносов и связанные с ним деформации пляжа и подводного берегового склона, течения различной природы и др.

Проекты берегозащитных мероприятий должны быть обоснованы изысканиями (гидрологическими, геодезическими, геологическими, экологическими).

Для оценки эффективности построенных берегозащитных сооружений и их влияния на природную среду и экологическую обстановку на защищаемом участке побережья и соседних с ним в проекте необходимо предусмотреть организацию наблюдений за работой и состоянием берегозащитных сооружений, природными и антропогенными (техногенными) факторами, воздействующими на них и береговую зону, а также за экологической обстановкой. Такие наблюдения осуществляются на всех стадиях строительства и эксплуатации берегозащитных сооружений.

Дата добавления: 2014-12-23