Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

масс минерализация меняется меньше. Зимой она увеличивается от плотины к верховьям.

Содержание растворенного кислорода в воде водохранилищ также меняется. Летом в озеровидных расширениях в процессе фотосинтеза воды обогащаются кислородом. В штилевую погоду у поверхности, как и в озерах, может наблюдаться перенасыщение кислородом, у дна возможен его дефицит. В зимнее время в ме­ стах, удаленных от русел впадающих рек, также отмечается дефи­ цит кислорода. Это особенно отчетливо было выражено в первый год наполнения Новосибирского водохранилища, когда (по дан­ ным М. В. Петренко) при небольшом слое затопления пойменных участков кислород был почти полностью поглощен в результате биохимических процессов, происходящих на дне. Весной и осенью при хорошем перемешивании поверхностные и придонные слои обычно насыщены кислородом.

§ 206. Волнения и течения

Ветровое волнение в водохранилищах достигает значительных размеров в глубоководных озеровидных расширениях. Зарегистри­ рованы волны высотой 3 м и более (Куйбышевское водохранилище). Отличительной особенностью в развитии волн на водохранилищах является влияние глубины и частые переходы от системы волн глу­ бокой воды ( Я ^ 0,5 L, где Я — глубина водоема, L — длина волны, см. § 53) к системе волн мелкой воды (Я <0,5 L) и наоборот. По­ добное явление хорошо заметно при переходе от нижней глубоковод­ ной зоны водохранилища к верхним мелководным. Волны при этом переходе становятся более крутыми. Второй отличительной чертой является влияние на развитие волн конфигурации водохранилища

иизрезанности береговой линии. В узких участках водохранилищ,

взаливах, обрамленных крутыми берегами, может наблюдаться

одновременно несколько систем волн: основных, дифракционных и отраженных от крутых берегов. При интерференции они создают более сложную систему волнения, чем в прилегающем озеровид­ ном расширении. Часто возникает толчея.

На одних и тех же участках водохранилища с изменением уровня, а следовательно, и с изменением глубин при одинаковых скорости и направлении ветра высоты волн меняются.

Характерным для водохранилищ является образование длин­ ных волн, возникающих при неравномерной работе ГЭС в течение суток и при резких колебаниях расходов воды во время попусков из водохранилищ. Эти волны охватывают всю толщу воды. От ГЭС волна распространяется вверх по водохранилищу и именуется об­ ратной. При отражении от берегов этой волны формируется прямая волна (по отношению к общему направлению уклона водной поверх­ ности в водохранилище). По наблюдениям на Куйбышевском (П. Ф. Чигиринский) и Рыбинском (А. С. Литвинов) водохрани­ лищах, длинные волны распространяются на большие расстояния, порядка 200—400 км. Скорость распространения их составляет

около 40 км/ч, высота волны достигает 20—60 см. Продвижение длинных волн вызывает постоянные изменения уровня воды, причем разные в отдельных пунктах водохранилища. Вследствие этого вод­ ная поверхность приобретает волнистый характер.

Течения наиболее изучены в крупных водохранилищах. Система течений в этих водоемах сложная. Отчетливо проявляются стоковые течения, ветровые и компенсационные. Скорости их обычно неве­ лики и измеряются сантиметрами в секунду. Стоковые течения яв­ ляются устойчивыми, особенно в период наполнения водохранилищ. В зоне выклинивания подпора и в верхнем участке водохранилища, главным образом в затопленных руслах основных рек, стоковые те­ чения хорошо прослеживаются.

В приплотинном участке стоковые течения возникают под влия­ нием сброса воды через турбины ГЭС и во время холостого сброса воды через водосливную плотину. В этом случае в водохранилище создаются условия, близкие тем, которые вызывают стоковые тече­ ния в озерах вблизи истока вытекающей из него реки. Течения эти в больших водохранилищах распространяются на несколько кило­ метров от плотины и имеют достаточно большие скорости. Так, в Куйбышевском водохранилище, по данным А. И. Елисеева, в 1,5 км от плотины скорость стокового течения достигала 1,1 м/с, в 20 км от нее, в бывшем русле Волги, она была равна 0,25—0,35 м/с.

Ветровые и компенсационные течения наиболее заметны в озе­ ровидных расширениях водохранилищ. Наблюдаются они часто, но по направлению и скорости неустойчивы, так же как и в озерах. В больших водохранилищах распространены вдольбереговые тече­ ния, которым принадлежит определенная роль в формировании бе­ регов.

Периодические изменения уклонов водной поверхности, обуслов­ ленные прохождением прямой и обратной волны, являются причи­ ной возникновения специфических течений в водохранилищах типа градиентных, еще слабо изученных.

Сочетание всех типов течений со стоковыми осложняет систему течений водохранилищ, видоизменяет их направление и скорость. При наличии каскада ГЭС во время прекращения работы верхней ГЭС и понижения уровня в нижнем бьефе водохранилища этой ГЭС возможно образование обратных уклонов водной поверхности на участке между двумя плотинами: верхней и нижней. Это может явиться причиной возникновения обратных стоковых течений в во­ дохранилище, расположенном на данном участке. Подобное течение впервые отмечено на волжском участке Рыбинского водохранилища в связи с прекращением работы Угличской ГЭС и описано в работе А. С. Литвинова.

§ 207. Формирование берегов водохранилища

Начальная форма берегов и береговой зоны вновь созданных во­ дохранилищ обычно не соответствует новым условиям воздействия на них водных масс. Это несоответствие приводит к интенсивным

деформациям в береговой зоне и созданию новых форм берегов, образованию береговой отмели, характерной для озер.

Берегами водохранилищ чаще становятся коренные склоны до­ лин и террас. В новых условиях эти берега испытывают все виды воздействия водной среды и прежде всего волнения и течений. Изменяются как надводные, так и подводные части склонов.

Волны, особенно штормовые, интенсивно размывают коренные склоны котловины в первую стадию формирования берега. В эту стадию (по А. В. Караушеву) преобладает нормальный к береговой линии перенос продуктов разрушения и формирования береговой отмели. Во вторую стадию, после образования береговой отмели, происходит выравнивание береговой линии, обычно вначале весьма расчлененной. Большую роль в формировании берега в этой стадии, помимо волнения, выполняют вдольбереговые течения. Обладая хо­ рошей транспортирующей способностью вследствие больших скоро­ стей и высокой турбулентности, эти течения перемещают продукты разрушения от зон размыва (обычно мысов) к зонам аккумуляции (заливы, бухты), где появляются бары и косы.

В зависимости от первоначальной высоты и крутизны склонов; котловин и литологического состава пород, слагающих берега водо­ хранилищ, переработка их происходит по-разному. Крутые склоны и большие прибрежные глубины определяют абразионный цикл раз­ вития берега. Берег отступает. При малых уклонах заливаемой суши (2—3°) берег формируется по аккумулятивному типу разви­ тия и береговая черта в результате этого выдвигается в сторону во­ дохранилища. У песчаных берегов небольшой крутизны образуются отмели, при большой крутизне — осыпи, а в тех случаях, когда пе­ сок сцементирован железистыми соединениями, возникают обрывы (Рыбинское водохранилище).

Берега, сложенные лёссовидными суглинками, разрушаются не

особенно лёссовых и лёссовидных суглинков, приводит к изменению их физических свойств, уменьшению объема, а в конечном итоге к просадке грунта, образованию трещин, провалов. Все это способ­ ствует обрушению берега и его отступанию. Подобные явления, аналогичные процессам суффозии, наблюдаются на многих южных водохранилищах (Цимлянском, Каховском, Дубоссарском и др.). Просадочные явления проявляются также в известковых и гипсо­ носных породах и обусловливаются карстовыми явлениями, усили­ вающимися при подъеме уровня грунтовых вод вблизи водохра­ нилищ.

Под влиянием насыщения грунтовыми водами пористых пород интенсивное развитие получают оползневые явления, также спо­ собствующие разрушению берегов водохранилища (Куйбышев­ ское) .

Некоторую роль в формировании берегов водохранилищ играет засоренность их древесными остатками, кустарником, сплавинами

торфа. Плавник гасит волну при подходе ее к берегу, предохраняет его таким образом от размыва и способствует процессам аккумуля­ ции. Но иногда, во время шторма, плавающие бревна действуют на берег как таран и усиливают его обрушение.

Процессы формирования берегов в различных участках одного и того же водохранилища протекают с различной интенсивностью в зависимости от силы и повторяемости волнения. На мелководных участках (в зоне выклинивания подпора) береговые деформации мало заметны. В озеровидных расширениях с большими глубинами (приплотинный участок) они отчетливо выражены. Здесь сильнее

Рис. 145. Ступенчатый берег водохранилища. (Фото Ю. С. Иванова.)

проявляется эффект рефракции волн и преобладает абразионный цикл развития берега (рис. 144).

По данным С. Л. Вендрова, в нижней части Цимлянского водо­ хранилища в первые шесть лет его существования берег отступал в глубь материка в среднем по 9 м в год, в промежуточной зоне — около 2—3 м в год. Максимальная скорость размыва составила бо­ лее 50 м в год.

Специфической особенностью берегов водохранилищ является ступенчатость их поперечного профиля (рис. 145). Она создается в силу искусственного регулирования уровней в пределах большой амплитуды. Береговые отмели, формирующиеся при высоком стоя­ нии уровней, подвергаются размыву при его снижении (сработке). Материал разрушения при этом откладывается на более низком уровне склона. Это обстоятельство замедляет выработку устойчи­ вого профиля берега и расширяет зону размыва.

Заиление водохранилищ является результатом отложения нано­ сов, приносимых притоками и образующихся от разрушения бере­ гов; отложения остатков водной растительности и организмов, на­ селяющих водоем, имеют меньшее значение в процессе заиления, ■особенно в первые годы эксплуатации водохранилищ.

Очевидно, что процесс заиления больших водохранилищ равнин­ ных рек длителен и измеряется многими сотнями лет. Малые водо­ хранилища, построенные на горных реках, обладающих высоким твердым стоком, заиливаются быстро, в течение нескольких лет. Известны случаи, когда продолжительность заиления ограничива­ лась одним-—тремя годами. Примером быстрого заиления может служить Фархадское водохранилище на р. Сырдарье, которое было

проточность и меняющийся скоростной режим создают специфиче­ ские особенности в перемещении и отложении наносов в водохра­ нилищах, отличные от озер и рек. Эти особенности могут иметь ин­ дивидуальный характер для отдельных водохранилищ, что ослож­ няет изучение формирования, движения и отложения наносов в них.

Детально изучено заиление водохранилищ на горных реках. В озерных и русловых водохранилищах движение и осаждение на­ носов происходит по-разному. В озерных водохранилищах, соору­ женных на горных реках, характерен резкий переход уровенной поверхности реки к горизонтальному подпертому зеркалу водохра­ нилища, вследстие чего в конце верхнего бьефа столь же резко про­ исходит уменьшение скорости течения. В русловых, вытянутых в плане, узких водохранилищах переход кривой подпора к естест­ венному уровню реки происходит постепенно и скорости течения меняются медленно. В водохранилищах озерного типа в зоне вы­ клинивания подпора происходит концентрированное осаждение наносов крупных фракций. Формируется конус выноса, приобретаю­ щий характер дельты, в пределах которой поток разбивается на ру­ кава. Мелкие наносы осаждаются на всем протяжении водохрани­ лища и частично выносятся в нижний бьеф.

В водохранилищах руслового типа отложения наносов распре­ деляются более или менее равномерно или приобретают вид гряды, постепенно передвигающейся из верхней части водохранилища к плотине. Отложение и перемещение наносов к плотине то усили­ вается, то ослабевает. В подобной цикличности явления значитель­ ная роль принадлежит уровенному режиму. При зимней сработке уровня перед половодьем место выклинивания кривой подпора при­ ближается к плотине, вследствие чего происходит размыв поверх­ ности отложений и перемещение ранее осевших наносов ближе к плотине. По мере заполнения водохранилища место выклинива­ ния подпора удаляется от плотины и в верхнем участке подпорного бьефа вновь создаются благоприятные условия для отложения на-