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

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

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

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

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

Задачи исследований:

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

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

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

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

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

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

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

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

Защищаемые положения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

I этап (1969 — 1972 гг.). Этот этап приурочен к периоду низких уровней, способствующих осушению прибрежных отмелей на ширину 150 300 м. Он отличается активным понижением поверхности отмели за счет дефляции. Аккумуляция наносов осуществлялась как в пределах уступов, нивелируя их, так и на поверхности склона, образуя небольшие по площади песчаные поля, мощность которых достигала на отдельных участках 50 см. Кроме того, в ряде мест на пологих берегах этот этап характеризуется началом зарождения дюн (Вика и др., 2000). Скорость осадконакопления была наибольшей и составила 11 см/год. Это объясняется тем, что в начальный период формирования дюн осушенная отмель содержала наибольшее количество песчаного материала, еще не развеянного ветром.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

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

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

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

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

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