IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Для укрепления и защиты берегов от разрушения и водных источников от заиления, загрязнения создаются береговые защитные насаждения, а также берегоукрепительные сооружения. Они предотвращают эрозию и абразию, укрепляют почву, создают водопрочную структуру, в период половодий и паводков задерживают наносы, переводят поверхностный склоновый сток во внутрипочвенный. Кроме того, улучшают санитарно-гигиеническое состояние водоемов и прилегающих к ним территорий, повышают эстетичную привлекательность ландшафтов и уменьшают испарение с поверхности воды [1].

Цимлянское водохранилище — водохранилище на реке Дон в Волгоградской и Ростовской областях. Образовано созданием плотины у современного города Цимлянска в 1952 году (Строительство началось в 1948 году (рис. 1)). Полное заполнение водохранилища произошло в 1953 году. После создания водохранилища годовой сток Дона уменьшился с 29 до 18 кубических километров.

Рисунок 1 – Строительство ЦГЭС

Полный объём водохранилища равен 23,85 км³, из которых 11,5 км³ составляют полезный объём; площадь зеркала 2 700 км². Наибольшая ширина водохранилища 38 км, наибольшая глубина 30 м. Максимальная сработка водохранилища составляет 5,0 м (рис. 2).

Рисунок 2 – Гидротехнические сооружения в Цимлянском водохранилище

Чаша водохранилища представляет собой котловину с тремя расширениями, приуроченными к устьям рек Чир, Аксай Курмоярский и Цимла. Большая часть водохранилища (67%) входит в административные границы Волгоградской, меньшая — в Ростовской области. В водохранилище впадает более 10 рек. Средний многолетний расход в створе плотины 650 м³/с, попуск в Нижний Дон составляет 400 - 450 м³/с.

Цели создания:

1. Обеспечение глубины, необходимой для транзитного судоходства по Волго-Донскому водному пути.

2. Создание условий для самотечного орошения засушливых земель по рекам (нижнему) Дону, Салу и Манычу и других земель, прилегающих к Цимлянскому водохранилищу и трассе Волго-Донского судоходного канала.

3. Получение электроэнергии на ГЭС при гидроузле.

В черте города Цимлянска сложилась критическая ситуация. На берег водохранилища со стороны Цимлянска действуют три разрушающих фактора. Ветры с Калмыцких степей, волны и грунтовые воды, которые по законам природы выходят к водоёму и являются своеобразной смазкой, по которой куски берега соскальзывают в водохранилище. Берег в результате размыва ежегодно смещается в среднем на 0,5-1 метра (рис. 3).

Рисунок 3 – Берег водохранилища

Возникла угроза безопасности населения и инфраструктуры города, происходит ухудшение качества воды и обмеление водохранилища.

По словам специалистов, через несколько лет в воду может обрушиться парковая ротонда с колонами (рис. 4). Пришлось разбирать летний кинотеатр, который оказался в опасной зоне. В Цимлянске считают, что все беды идут от грунтовых вод.

Рисунок 4 – Часть берега цимлянского водохранилища

Так, уже через год после строительства Цимлянского водохранилища длиной 250 км и шириной до 20—30 км влияние подпора распространилось более чем на 6 км, а уровни грунтовых вод вблизи водохранилища поднялись на 5—7 м.

Естественные места их выхода на поверхность — овраги — закупорены дамбами и насыпями для автодорог. Плотное дно водохранилища грунтовые воды тоже продавить не могут. Поэтому и выходят на береговых откосах, постепенно разрушая их до неузнаваемости. Вместилищами подземной влаги становятся ещё и подвалы жилых домов в Цимлянске.

На данный момент уровни грунтовых вод подвержены сезонным колебаниям. По материалам ВДТГУ амплитуда сезонных колебаний составляет 0,4-1,0 м.

Для того, что бы Цимлянск перестал ссыпаться в водохранилище необходимо одновременно решать сразу две задачи: понижать уровень грунтовых вод и укреплять берег. Проект водопонижения уже заказан. На реализацию его первого этапа нужно 16 миллионов рублей. Пока денег нет. Чтобы укрепить берег на протяжении 7-8 самых проблемных километров, в дальнейшем потребуются более значительные средства.

Общая протяженность берега, который подлежит укреплению составляет 1714 метров — от пляжа Цимлянска до турбазы «Чайка» (рис. 5). Берегоукрепительное сооружение планируется выполнить из коробчатых габионов.

Рисунок 5 – Общая протяженность берега водохранилища

Габион (фр. gabion от итал. gabbione — «большая клетка») или габионные сетчатые изделия (ГСИ) — объёмные изделия различной формы из проволочной кручёной сетки с шестиугольными ячейками по ГОСТ Р 51285-99, предназначенные для формирования габионных конструкций. Его значение таково: корзина с камнями. Сейчас это вполне мирный строительный элемент, представляющий собой контейнер из металлической сетки, заполненный, как правило, щебнем гранитов или известняков. Простые с виду элементы обладают уникальными свойствами, что делает их незаменимыми при работах по берегоукреплению. Габионные конструкции прочны и долговечны, они гибкие, водопроницаемые. Очень важным для экологического баланса территории является беспрепятственная фильтрация воды через габионные сооружения.

Вдоль берегозащитной стенки для аккумуляции наносов устраиваются буны (длиной от 8 до 25 метров) – это стенки, идущие от берега в перпендикулярном к нему направлении (рис. 6). Благодаря бунам будут создаваться искусственные пляжи с неразмываемыми откосами, которые не позволят течениям вдоль берега подмывать песчаное основание под берегоукрепительными сооружениями. Для защиты нижних слоев берегозащитной стенки от воздействия льда со стороны водохранилища устраивается каменная наброска.

Рисунок 6 – Строительные работы по укреплению берега

В федеральную целевую программу «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах» был включен инвестиционный проект «Берегоукрепление Цимлянского водохранилища в черте Цимлянска». Общая стоимость строительных работ 286,2 миллиона рублей. На данный момент активно ведутся проектные и строительные работы.

По глубине залегания грунтовых вод, содержанию в них растворенного кислорода и окислительно-восстановительному потенциалу в почвенной корнеобитаемой толще в зоне подтопления четко выделяются три группы местообитаний.

В нашем случае, с учетом сезонного колебания уровня грунтовых вод, необходимы реконструктивные мероприятия, относящиеся ко второй группе местообитаний. Они должны быть направлены на исправление состава насаждений путем замены выпадающих культур, культурами тополя с подлесочными породами из крушины, ивы серой, рябины, калины.

В целях предотвращения действия неблагоприятных факторов, а также выбора оптимальных путем использования трансформированных прибрежных территорий необходимы глубокие и всесторонние исследования ландшафтов, испытывающих влияние со стороны искусственных водоемов.

После создания водохранилища в результате быстрой фильтрации воды в берега, а также подпора грунтового потока происходит сильное поднятие грунтовых вод: в верховьях — на 1,29 м, в средней части — на 3,24 и в низовье — на 5 м [3].

С типами водного режима связаны не только процессы влагонакопления, но и гидрогенная аккумуляция, ослабевающая по мере снижения глубины грунтовых вод.

Берегоукрепительные насаждения - система посадок древесных, кустарниковых и травянистых растений для предотвращения или ослабления абразионных процессов на берегах рек, водохранилищ.

Берегоукрепительные насаждения являются искусственной растительной одеждой берегов у наиболее "горячей" линии - непосредственной границы воды и грунта, т. е. уреза воды. Они защищают берег от разрушения подвижной водой и гасят кинетическую энергию волн. Защитная полоса обычно вытянута вдоль береговой линии и имеет ширину в зависимости от рельефа 50 ... 300 м. Главное ее назначение - механическое скрепление корнями растений прибрежного грунта и своеобразное арматурное цементирование его [2].

Наилучшей формой берегоукрепительных насаждений являются густые кустарниковые заросли из разных видов ив (ломкой, русской, чернеющей, серой, белой, трехтычинковой, шерстистопобеговой и др.). Такие посадки способны ослабить и даже остановить разрушение. Даже в том случае, если берег обрушится, пронизанные корнями ивы пласты земли не опрокидываются, а сползают, хорошо "приживаясь" на новом месте. Немаловажным положительным фактором является стелющееся расположение ветвей у некоторых ив, что оказывает разрушающее влияние на структуру волны, а также позволяет выдерживать условия частичного затопления. Даже после аккумуляции песка и ила ива дает придаточные корни, обеспечивающие в дальнейшем нормальное произрастание дерева. Используя эту ее способность, можно создавать волноломные полосы заблаговременно, на рассчитанных уровнях, до затопления водохранилищ, формируя защитные растительные системы за 5 ... 7 лет [5].

Создается своеобразный зеленый илофильтр, практически непроницаемый для механической взвеси даже во время сильных ливней, о чем свидетельствует опыт эксплуатации таких систем в прибрежной зоне Кременчугского водохранилища на Днепре [6].

На крутых подмываемых участках с интенсивным разрушением берегов рекомендуется предварительно производить сполаживание откоса для придания угла естественного уклона и облесение откоса производить кустарниками в комплексе с берегоукрепительными простейшими сооружениями. На рыхлых грунтах по откосу сверху вниз под углом 45° к урезу воды по течению через 1,5-2 м делают канавки глубиной 0,5 м, по дну которых через 0,4-0,5 м вбивают в щель свежие колья ивы белой длиной 1-1,2 м и толщиной 3-5 см. Верхний конец кольев оставляют на одном уровне с поверхностью откоса. С использованием свежезаготовленных хлыстов ивняка заплетают по кольям плетень с оставлением верхушек хлыстов над плетнем. После этого канавки засыпают землей и уплотняют. Для укрепления откосов следует использовать только кустарниковые ивы, успешно переносящие длительное затопление: трехтычинковую, пурпурную, русскую, шерстистопобеговую, серую, миндальную, а также иву белую (кустарниковая форма) [2].

В остальных случаях с особо интенсивными процессами разрушения берегов следует возводить инженерные сооружения типа бун, укрепления из бревен, горбылей, камней (в том числе меловых), в комбинации с растениями. Эти сооружения ведут иногда к резкому изменению русловых процессов и поэтому должны обосновываться, исходя из гидрологических расчетов. Следует иметь в виду, что эффективность бун и других сооружений значительно повышается, если они применяются в комплексе с ивовыми плетнями и посадками.

Строительство водохранилищ имеет множество негативных последствий для природы, так как с каждым годом все большее значение приобретают проблемы комплексного использования водных ресурсов и влияние водохранилищ на природу, и хозяйство прилегающих территорий. В связи с этим, в настоящее время разрабатывается методика прогнозирования изменений климатических условий. Исследования показали, что тесная взаимосвязь всех явлений природы обуславливает неизбежные изменения установившихся ранее природных процессов в зоне влияния водохранилищ [4].

Создание водохранилищ вызывает существенные изменения почв, растительности и животного мира. Причина этого заключается в изменении климата, характера и степени увлажнения почв. Для защиты берегов от размыва приходиться возводить защитные гидротехнические сооружения и посадка соответствующей условиям среды посадкой защитных лесных насаждений. Но все нужно делать своевременно, иначе процессы восстановления потребуют больших экономических затрат и длительность по восстановлению значительно увеличится.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Лесная энциклопедия: В 2-х т., т.2/Гл.ред. Воробьев Г.И.; Ред.кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1986.-631 с., ил.

2. Алперов И.Е. и др. Укрепление берегов судоходных каналов, рек и водохранилищ. – М.: Транспорт,1973

3.Основы инженерной экологии с элементами ландшафтного планирования / Под ред. Сухоруких. – М.: Т-во научных изданий КМК, 2006. – 286.

4. Богословский Б.Б., Самохин А.А. Иванов К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология (гидрология суши). – Л.: Гидрометеоиздат 1984

5. Динамика и термика рек и водохранилищ./ Отв. ред. Б.А. Фидман, В.К. Дебольский. – М.: Наука, 1984

6. Богословский Б.Б., Самохин А.А. Иванов К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология (гидрология суши). – Л.: Гидрометеоиздат 1984

Код для цитирования: Скопировать