Развитие в середине ХХ века народного хозяйства в районах нового освоения на востоке нашей страны отводит водным ресурсам одну из ведущих ролей. Река Ангара обладает уникальными гидроэнергетическими ресурсами государственного значения. Близость к постоянному источнику энергии позволяла решать государственные задачи по освоению природных ресурсов Восточной Сибири: в зоне возводимых ангарских ГЭС размещать новые индустриальные центры крупных энергоемких отраслей производства (алюминиевое, химическое, горнодобывающее), а также развивать деревообработку на базе имеющихся богатых местных лесных ресурсов. Освоение массовых, при этом дешевых гидроресурсов Ангары, активно начатое в послевоенные годы в форме комсомольских ударных строек, было обусловлено объективной необходимостью обеспечения качественно нового прорыва в промышленном развитии Восточной Сибири. Однако при проектировании Ангарского каскада ГЭС не в полной мере учитывались как вопросы охраны природных комплексов, так и особенности хозяйственного развития Приангарья с его имеющимся специфическим земельным фондом. Например, при выборе окончательного варианта по размещению створа Усть-Илимской ГЭС приоритет был отдан энергетике, так как при других вариантах, расположенных выше устья р. Илим, по энергетическим показателям и капитальным вложениям в сооружаемую гидростанцию, будут менее эффективны: требовалось удорожание ее строительства и геологические условия были менее благоприятны для возведения плотины [2, с. 24-25].
В 60-70х годах прошлого столетия на Ангаре были запущены в производство электроэнергии Братский и Усть-Илимский гидроузлы с наполнением при них крупных глубоководных водохранилищ мира. Так, созданное Братское водохранилище (II ступень ангарского каскада) имеет водный объем 169,3 км3 с площадью водного зеркала 5470 км2 – занимает второе место в мире по водному объему [6, с. 15]. III ступень – Усть-Илимское водохранилище – по ключевым параметрам в три раза меньше Братского. В настоящее время завершается наполнение IV энергетической ступени – Богучанского водохранилища, которое по водному объему на 1,2 км3 будет меньше Усть-Илимского, а по площади водного зеркала – на 450 км2 наоборот, больше. Все гидроузлы каскада представлены высоконапорными плотинами. При этом на Братском водохранилище (водоеме с многолетним типом регулирования стока) может срабатываться уровень до 10 м, на Усть-Илимском (с сезонным типом) – всего порядка 1,5-2 м. Таким образом, созданные ангарские водохранилища представляют цепочку из глубоководных водохранилищ, действие которых в целом на природную среду распространяется на сотни километров. При этом с наполнением водохранилищ в их береговых зонах начинает развиваться новый процесс – абразия, входящий в первую десятку опасных геологических процессов, в результате которого происходит отступание бровки берегового уступа с потерей земельного фонда.
Геологическая среда территории Средней Ангары своеобразна и пестра (рис. 1). Здесь выделяются скальные и полускальные породы Рz-Mz возраста, а также рыхлые грунты Kz [5, с. 12]. В результате создания водохранилищ произошло ее преобразование путем обводнения грунтов территории с изменением прочностных характеристик и физико-механических свойств. На это в свое время еще указывал С.Л. Вендров [1, с. 5], говоря о формировании в районе наполняемых водохранилищ «новых» горных пород, которые оказались подвержены обводнению. В процессе эксплуатации ангарских водохранилищ происходят регулярные (в течение года) режимные наполнения и сработки водных объемов, связанные с типом их назначения. Так, грунты береговой зоны Братского водохранилища (учитывая его тип регулирования стока) один раз в год испытывают обводнение–осушение, на Усть-Илимском (с сезонным типом регулирования) – дважды в год, что, в конечном итоге, увеличивает степень техногенного воздействия на породы береговой зоны. Рассмотрим подробнее преобразования некоторых видов грунтов территории Средней Ангары под действием активно протекающего современного техногенеза, связанного с созданием водохранилищ.
Согласно данных Комплексной экспедиции Иркутского геологического управления (ИГУ) и ИЗК СО АН СССР (1969), у песчаников и алевролитов братской свиты ордовика, входящих в состав красноцветной терригенно-карбонатной формации, показатель по временному сопротивлению сжатию в водонасыщенном состоянии снизился в 2-3 раза и стал 140-225 кг/см2. Пробы аргиллитов братской свиты ордовика (с глубины 28 м) при соприкосновением с водой полностью разрушались, не дойдя даже до лабораторных испытаний. У аргиллитов ярской свиты силура (с глубины 24 м) при небольшом показателе по временному сопротивлению сжатия в сухом состоянии равном 88 кг/см2 в водонасышенном снизился на 37%, что говорит о нестойкости пород данных свит к воздействию абразионного процесса [3, с. 128].
Сохранные песчаники и алевролиты мамырской свиты терригенной формации с глубины более 200 м (в лабораторных экспериментах) при намокании полностью размокли. У сохранных песчаников ийской свиты в водонасыщенном состоянии на 24% снизился коэффициент временного сопротивления сжатию. У сохранных же алевролитов той же ийской свиты этот коэффициент наоборот возрос на 13%, в результате чего у данной породы под действием впитанной породой воды повысилась сила сцепления в кристаллической решетке и увеличилась прочность самой породы (это единственный случай, когда при смачивании увеличилась прочность породы). У выветрелых песчаников катской свиты угленосно-терригенной формации после водонасыщения на 27% снизился коэффициент временного
Рис. 1. Геологическая карта территории Средней Ангары [4, с. 7].
сопротивления сжатию, а выветрелые глинистые породы этой и тушамской свит – разрушились еще до испытания [3, с. 130].
Таким образом, геологическая среда территории Средней Ангары довольно пестра. Она представлена разными породами, имеющими разные характеристики и физико-механические показатели, в результате чего в сочетании с гидродинамикой каждого из водохранилищ, определяется интенсивность развития абразионного процесса и скорость отступания берега.
Так, по данным полевых наблюдений усть-илимского и братского береговых отрядов ИЗК АН СССР ряд грунтов оказались весьма нестойкими к абразионному процессу. Так, переформирование берега стационарного участка Бумбей Усть-Илимского водохранилища происходит в выветрелых песчаниках мамырской свиты ордовика с включением алевролитов и аргиллитов, принадлежащих терригенной формации (рис. 2). Физико-механические свойства этих песчаников, незатронутых процессами выветривания, таковы, что они слабо реагируют на резкие температурные изменения. Подобные песчаники из зоны выветривания при резких теплосменах полностью разрушаются, а попадая в зону воздействия режимного наполнения-сработки водоема, оказываются весьма нестойкими. Аргиллиты этой же свиты также нестойки к процессам выветривания. В водонасыщенном состоянии их прочностные параметры снижаются в 2–4 раза. Во время лабораторных испытаний на 25–кратное промораживание образцы аргиллитов полностью разрушаются при 2–14 циклах опыта [3, с. 78]. В сухом состоянии эти глинистые породы, попадая на открытый воздух, при активном участии процессов выветривания, покрываются сетью тонких трещин и в течение нескольких суток превращаются в дресву. Процесс выветривания в них протекает довольно активно при резкой смене температур (особенно в весеннее время), а в сочетании с повышенной влажностью и понижающимися в ночное время температурами активно начинает работать морозное выветривание.
При исследовании абразионного процесса за первые пять лет эксплуатации Усть-Илимского водохранилища бровка берега на участке Бумбей отодвинулась на 25,5 м, размыв чехол рыхлых отложений и внешний выветрелый слой осадочных пород; в 1983 г. она отступила на 3,1 м. Особенностью профиля данного участка является тот факт, что с 1984 г. переформирование его береговой зоны происходит в монолитном сохранном песчанике с ежегодным отступанием бровки только 0,1–0,3 м/год (как результат причинно-следственной связи). При этом показатель временного сопротивления сжатию сохранных песчаников в сухом состоянии достигает 500 кг/см2, уменьшаясь при водонасыщении на 28% (рис. 2, 3) [3, с. 178]. Таким образом, с момента наполнения и эксплуатации Усть-Илимского водохранилища в течение 1977–1990 гг. на участке Бумбей (длиной 150 м) размыто абразией 13500 м3 грунта с суммарным отступанием бровки берегового уступа на 29,5 м.
Рис. 2. Фрагмент схемы грунтов береговой зоны Усть-Илимского водохранилища (с использованием материалов Г.И. Овчинникова [5, с. 204]).
Переформирование береговой зоны участка Дубынино происходит в мощном супесчаном слое – продукте разрушения «коренных» пород, представленных прочными песчаниками с подчиненным количеством алевролитов и аргиллитов ийской свиты ордовика, физико-механические показатели которых уже рассматривались выше при характеристике пород терригенной формации. За период, совпавший с маловодными годами (1977-1983 гг.), бровка берега на участке отодвинулась на 8,9 м; за период, совпавший с многоводными годами (1984–1988 гг.), только на 0,4 м (рис. 2, 3). За период наблюдений суммарный объем размыва 100-метрового отрезка берега составил 4000 м3.
Береговая зона участка Левый Шамановский сложена красноцветами братской свиты ордовика, входящих в состав красноцветной терригенно-карбонатной формации, представленной сильно выветрелыми алевролитами с голубым щебнем, которые даже от прикосновения рукой рассыпаются.
В результате эксплуатации водоема на форсированных отметках в 1985 и 1986 гг. бровка берега на участке отступила на 1,05 м и 1,7 м, соответственно; в 1987 и 1988 гг. – на 0,6 и 0,4 м (рис. 3). В целом породы братской свиты не обладают кристаллической прочностью, в результате чего – весьма нестойки к агентам физического выветривания и абразионному процессу. За период наблюдений на участке суммарный объем размыва грунта на 100 м берега составил 6900 м3.
Рис. 3. Скорость отступания бровки береговых уступов на некоторых стационарных участках Усть-Илимского водохранилища.
Таким образом, после наполнения ангарских водохранилищ произошли необратимые изменения в геологической среде, связанные с обводнением грунтов и изменением их характеристик. К тому же, эти грунты регулярно испытывают гидродинамическую нагрузку (в процессе эксплуатации водоемов) и преобразуются путем изменения физико-механических показателей в сторону уменьшения, что находит отражение на увеличение скорости разрушения и отступания берегов с потерей земельного фонда (как результат причинно-следственной связи). Следовательно, под действием современного протекающего техногенеза происходит вынужденное преобразование геологической среды территории Средней Ангары с развитием ряда процессов, а также геоэкологических проблем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Вендров С.Л. Проблемы формирования рельефа дна чаши больших водохранилищ / Мат-лы II геоморф. совещ. – Москва, 1959. – 20 с.
- Иванов И.Н. Гидроэнергетика Ангары и природная среда – Новосибирск: Наука, 1991. – 129 с.
- Инженерно-геологические и гидрогеологические условия зоны влияния ангарской части водохранилища Усть-Илимской ГЭС /Отчет по работам 1967-1968 гг. Т.1, книга 2. – Иркутск, 1969. – 468 с.
- Иркутск и Иркутская область. Атлас. – Москва: Фед. служба геодезии и картографии России, 1997. – 48 с.
- Овчинников Г.И., Павлов С. Х., Тржцинский Ю. Б. Изменение геологической среды в зонах влияния Ангаро-Енисейских водохранилищ. Новосибирск: «Наука», 1999 г. — 254 с.
- Савельев В.А. Современные проблемы и будущее гидроэнергетики Сибири. — Новосибирск: Наука, 2000. — 200 с.[schema type=»book» name=»ВОЗДЕЙСТВИЕ СОВРЕМЕННОГО ТЕХНОГЕНЕЗА НА ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ СРЕДУ ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕЙ АНГАРЫ » author=»Ташлыкова Татьяна Алексеевна, Лукьянова Елена Александровна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-31″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]