Теория и практика изысканий

Характеристика склоновых процессов Рыбинского водохранилища в районе дер. Горохово Рыбинского района Ярославской области

Авторы
Новиков Павел ВячеславовичАспирант кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия

В настоящее время в средней полосе России Рыбинское водохранилище является одним из старейших и крупнейших. Согласно многочисленным прогнозам, переработка должна была на нём уже завершиться, однако в ходе проведённых исследований на участке в районе дер. Горохово было выявлено значительное количество проявлений склоновых процессов - на относительно небольшом участке, имеют место обвальные, обвально-оползневые, оползневые процессы, осыпание и процессы линейной эрозии. Участок представляет собой склон вдоль р. Волга высотой до 17 м, с выраженным трехъярусным геологическим строением. Сложен склон отложениями юрской, меловой и четвертичной систем.

В ходе исследований показана взаимосвязь развития геологических процессов с особенностями строения склона. Обвальные и обвально-оползневые процессы характерны для нижней части склона, осыпание для средней части склона, суффозионные оползни – для верхней части. Обвальные и обвально-оползневые процессы приводят к формированию характерных стенок отрыва, а суффозионные оползни – блюдцеобразных понижений в нагорной части склона вблизи его бровки. Процессы линейной эрозии характеризуются ограниченным распространением на исследуемом участке и выражены в рельефе в виде висячего оврага и новообразованных промоин. На исследуемом участке была выявлена пространственная изменчивость склоновых процессов, связанная с неравномерной боковой эрозией реки и изменчивостью четвертичных образований. Описанный участок характеризуется сложным гидрологическим режимом – влияние на развитие процессов оказывает как подпор от водохранилища, так и медленное течение р. Волга. Выявленные особенности геологических условий обуславливают длительно затухающую динамику геологических процессов на участке впадения р. Волги в водохранилище.

 

Введение

В первой половине XX века на территории России было создано множество водохранилищ. Это привело к значительному преобразованию речных долин. Равнинные водохранилища характеризуются большими площадями водной поверхности, мелководностью, небольшими колебаниями уровня воды, относительно простым геологическим строением и зональностью развития процессов переработки берегов [7]. Одним из основных следствий создания водохранилищ стало развитие процессов переработки берегов.

Проблема рационального использования и защиты берегов водохранилищ является актуальной даже спустя десятилетия после введения в эксплуатацию большинства искусственных водоёмов.

В настоящей работе рассмотрены современные склоновые геологические процессы в верховьях Рыбинского водохранилища (рис 1.), активизировавшиеся в результате переработки берегов и особенности геологического строения, и его влияние на развитие процессов.

 

Изученность берегов Рыбинского водохранилища

В 50-70 годы XX века проводились масштабные исследования для оценки процессов переработки берегов. Первое время наблюдения за процессами переработки берегов носили несистематический характер, а наблюдательная сеть на большинстве водохранилищ продолжительное время была развита на весьма ограниченных участках [9].

Первые несколько лет после создания Рыбинского водохранилища не проводилось систематических наблюдений, положение наблюдательных створов несколько раз менялось. Это привело к недоучету ряда факторов, связанных как с формированием аккумулятивной части отмели, так и с активизацией геологических процессов. В частности, на Рыбинском водохранилище было выявлено значительное отклонение скорости переработки от прогнозной за счет валунного материала из морены, оказавшегося в волноприбойной зоне [6].

 

Рис. 1. Карта Рыбинского водохранилища: - местоположение участка исследований [10]
Рис. 1. Карта Рыбинского водохранилища: - местоположение участка исследований [10]

 

Несмотря на то, что на значительной части Рыбинского водохранилища берега относятся к относительно устойчивым и аккумулятивным, имеется ряд участков значительной протяженности, которые относят к абразионным с активными процессами переработки [5].

Склоновые процессы, развивающиеся на некоторых участках берегов водохранилища, охарактеризованы на значительных площадях лишь в общих чертах. В частности, для берегов Рыбинского водохранилища известно о развитии овражной эрозии, оползнях, локальных обвалах, однако данные о развитии этих процессов в настоящее время довольно скудны [1].

Отдельного внимания заслуживает и тот факт, что Рыбинское водохранилище является по своей сути озерно-проточным водоёмом, что осложняет прогнозирование переработки его берегов.

 

Геоморфологическая характеристика и геологическое строение

Объектом исследования являлся крутой склон на правом берегу р. Волга (рис. 2), на территории геологического памятника природы «Глебово» в районе впадения в Рыбинское водохранилище. Рассматриваемый участок находится в Рыбинском районе Ярославской области, в 19 км к западу от г. Рыбинска (рис. 1). Ближайшим населённым пунктом является дер. Горохово, находящаяся в 200 м к востоку от изучаемой площадки.

Исследуемый участок берега относится к абразионному типу [5]. Река Волга в районе проведения работ течет на северо-запад. Изучаемый cклон имеет соответствующую ориентировку. Рассматриваемая территория включает в себя следующие геоморфологические элементы: пойму р. Волга, приводораздельный склон, а также приводораздельную поверхность.

Пойма представляет собой галечно-песчаный пляж. Верхняя часть геологического разреза слагается песками коричневыми различной крупности: от мелких до гравелистых с частыми включениями гравия, гальки и большим количеством валунов. Ширина поймы на правом берегу незначительная - при нормальном подпорном уровне (101.8 м) составляет до 20-25 м; при высокой воде не превышает 1-2 м.

Склон, возвышающийся над поймой порядка 17 м, характеризуется трёхъярусным строением. Нижний ярус склона высотой около 6 м имеет крутизну до 80-85°. Слагается этот участок склона отложениями волжского яруса верхней юры (J3v2), в разрезе которых выделяются (снизу - вверх):

 

Рис. 2. Общий вид склона в районе дер. Горохово в 2011 году (фото Т.М. Жуковой)
Рис. 2. Общий вид склона в районе дер. Горохово в 2011 году (фото Т.М. Жуковой)

 

  1. Основание склона - пески сероватые и бледно-желтые, средней крупности и крупные, слюдистыми в кровле со стяжениями железистых песчаников [4]. На значительной части рассматриваемой территории перекрыты осыпью.
  2. Фосфоритовый конгломерат, синевато-чёрного цвета, с конкрециями, диаметром 0,1 м, пространство между конкрециями заполнено песком мелким, маловлажным, плотным, зеленовато-серого цвета, содержание песка в слое не превышает 25%. Видимая мощность 0,2 м.
  3. Пески от жёлто-коричневый до оранжево-коричневого, мелкие, с железистым цементом, плотные, маловлажные, с железистыми конкрециями до 10 см. Мощность 0,5 м.
  4. Фосфоритовый конгломерат, синевато-чёрного цвета, с диаметром конкреций 0,1м, заполнитель: песок зеленовато-серый, мелкий. Видимая мощность 0,1-0,2 м.
  5. Песчаник темно-коричневого, желто-коричневого, красно-коричневого цвета мелкозернистый, местами до среднезернистого, слабосцементированный, цемент железистый. Содержит железистые конкреции, диаметром до 0,3 м. В верхней части слоя наблюдается чередование песчаников со слабосцементированными песками: прослои песков имеют мощность около 0,2 м. Мощность слоя - 4,3 м.

Средняя часть склона высотой порядка 3,5 м является более пологой с крутизной 30-32°. Эта часть склона слагается отложениями верхнего подъяруса валанжинского яруса нижнего мела (K1v3) (рис. 5). Меловые отложениями представлены:

  1. Фосфоритовый конгломерат коричнево-серый, с песчаным заполнителем; мощность порядка 0,3 м.
  2. Пески зеленовато-серые, пылеватые, слоистые, слюдистые, глауконитовые. Видимая мощность около 0,2 м.
  3. Пески светло-серые, мелкие, плотные, слюдистые, глауконитовые, маловлажные, слоистые. Видимая мощность 1 м. Исходя из морфологии склона можно предположить, что общая мощность песков составляет порядка 3 м, что согласуется с более ранними данными о мощности валанжинских песков в районе дер. Горохово [3].

Верхняя часть склона высотой от 6,5 до 9 м характеризуется крутизной от 40-50° на уровне подошвы моренных отложений до 80-90° в верхней части. Рассматриваемая часть склона слагается средненеоплейстоценовыми образованиями московского горизонта, представленными отложениями ледникового (gQIIms) и озерно-водно-ледникового (f,lgQIIms)  генезиса:

  1. Суглинки и супеси коричневые, местами красновато-коричневые с галькой, щебнем, дресвой и валунами. Характеризуются неровной подошвой, а на ряде участков - и кровлей. Мощность составляет от 3.5 до 6 м.
  2. Супеси коричневые, песчанистые с линзами песков мелких. Мощность составляет от 1 до 4 м, как правило, не превышает 3 м.

Осыпные образования (dsQIV) представлены песками светло-серыми и желто-коричневыми, мелкими, маловлажными. Осыпные образования плащеобразно покрывают среднюю часть склона, а также образуют конусы осыпи в основании склона. В основании склона развиты, преимущественно, на участках с относительно более широкой поймой и менее активной боковой эрозией. Мощность на средней части склона не превышает 0,5 м, а в основании склона - 1.5-2.0 м.

Соотношение разновозрастных образований показано на схематическом геологическом разрезе (рис. 4).

 

Рис. 3. Карта четвертичных образований района исследований. Составлена на основе листов Государственных геологических карт четвертичных образований (лист О-37, О-38-XV) с дополнениями
Рис. 3. Карта четвертичных образований района исследований. Составлена на основе листов Государственных геологических карт четвертичных образований (лист О-37, О-38-XV) с дополнениями

 

Современные геологические процессы

В пределах исследуемого участка развит широкий спектр экзогенных геологических процессов - обвальные, осыпные, обвально-оползневые, оползневые, суффозионные, эрозионные. Процессы имеют приуроченность к соответствующим элементам склона. Соотношение проявлений основных склоновых процессов представлено на схематической карте (рис. 5). Закартированые проявления склоновых процессов на исследуемом участке в период проведения работ характеризовались активной фазой развития. При сравнении с данными 2011 года становится очевидным, что все описанные в ходе исследований обвальные и обвально-оползневые тела имеют возраст не более 10 лет (рис. 2, 7).

К нижней части склона приурочены, главным образом, обвальные и обвально-оползневые процессы.

1) Обвально-оползневые процессы. Формирование обвально-оползневых тел начинается со смещения блока по поверхности скольжения, заканчивающееся свободным падением блока. На исследуемом участке обвально-оползневые тела представляют собой блоки, шириной до 3,3 м, длиной до 4,5 м, объемом до 16 м3. Как правило, в силу высоты и морфологии склона блоки оказываются прислонёнными к склону (рис. 6). Развиты на участках с почти отвесными стенками волжских песчаников, в частности, в местах, где высота нижней части склона над осыпью не превышает 4-5 м.

2) Обвальные процессы. Проявление обвальных процессов обусловлено двумя факторами развитием бокового отпора и эрозионным подмывом склона.

Образование обвальных блоков связано с формированием трещин бокового отпора, по которым происходит отрыв блоков от склона. Блоки имеют размеры до 1,3 м в ширину и 4,5 м в длину. Объем отдельных блоков не превышает 7 м3. Стенки отрыва блоков, как правило, не превышающие 2-3 м2 (рис. 7, 8).

Отдельно следует выделить обвальные процессы, непосредственно связанные с эрозионным размывом берега, сопровождающиеся формированием эрозионных ниш в основании склона. Подобная форма приурочена к участку с неразвитой осыпью, где обнажаются пески, залегающие ниже фосфоритового конгломерата. Образование карнизов связано со значительно большей размываемостью песков нежели вышележащие песчаников. При достижении определённых размеров ниш в песках растягивающие напряжения превышают прочность песчаников на растяжение, это приводит к фронтальным обвалам, что сопровождается образованием карнизных форм. В ходе исследований была описана подобная форма размерами 9,5х2,3х1,8 м. Обвальные глыбы при этом имеют слабо вытянутую, почти изометричную форму, размерами 0,2-1,4 м в поперечнике (рис. 9, 10).

В основании склона также имеют место локальные обвальные процессы. Они характеризуются площадью до 2-3 м2 и значительно меньшим объемом, чем обвалы кровли волжских песчаников. Подобные обвальные формы приурочены к участкам без значительных осыпных отложений. Их образование связано с подмыванием берега. Образования карнизов не происходит вследствие того, что легкоразмываемые пески волжского яруса на этих участках выходят на поверхность не более, чем на 0,2-0,3 м. (рис. 11).

3) Оползневые процессы. Приурочены к верхней части склона. Согласно классификации Е.П.Емельяновой, их следует относить к суффозионным оползням второго типа [2]) (рис. 12). Они выражены в виде блюдцеобразных понижений на водораздельной поверхности вблизи бровки склона, размерами до 12х6 м и глубиной до 4,0 м. В некоторых таких понижениях имеют место обособленные оползневые уступы высотой около 40 см, примыкающие к бортам западин. Их образование связано с наличием спорадически развитого водоносного горизонта в отложениях четвертичной системы. Так, в 1,5 м ниже одной из западин грунты имеют значительно увлажнены, что говорит о сезонной разгрузке подземных вод на склон.

 

Рис. 4. Схематический геологический разрез склона на правом берегу р. Волга в районе дер. Горохово
Рис. 4. Схематический геологический разрез склона на правом берегу р. Волга в районе дер. Горохово

 

Условные обозначения: Голоценовые образования: 1 осыпные; 2 обвальные; 3-4 оползневые образования по верхне- и средненеоплейстоценовым образованиям соответственно; 5 суффозионно-осыпные; 6 аллювиальные; Средненеоплейстоценовые образования: 7 флювио-лимногляциальные образования московского горизонта; 8 морена московского горизонта; Дочетвертичные образования: 9 пески верхнего подъяруса валанжинского яруса нижнего мела; 10-11 песчаники и пески среднего подъяруса волжского яруса верхней юры соответственно; Прочие обозначения: 12 фосфоритовые горизонты; 13 геологические границы; 14 уровень подземных вод; 15 зона скольжения оползня; 16 профиль склона без развитых склоновых процессов; 17 трещины отрыва; 18 поверхностные воды; 19 валуны; 20 сезонные источники разгрузки подземных вод

 

Разгружаясь, подземные воды выносят дисперсные частицы из супесей и суглинков, отлагая их в средней части склона. В отдельных случаях ниже источника разгрузки подземных вод располагается слабовыпуклое удлинённое тело песчаного и супесчаного состава, с размерами 5х2 м. Предположительно, представляет собой продукты суффозионного выноса дисперсного материала. Несмотря на то, что для суффозионных оползней не характерно развитие в моренных отложениях - по данным Дж.Хатчинсона подобный случай также были зафиксирован в Англии [8].

 

Рис.5. Схематическая карта проявлений склоновых процессов. Условные обозначения: Голоценовые образования: 1 – осыпные; 2 – обвальные; 3 – суффозионно-осыпные; 4 – аллювиальные; Средненеоплейстоценовые образования: 5 – флювио-лимногляциальные образования московского горизонта; 6 – моренные образования московского горизонта; Дочетвертичныеморские образования: 7 – верхнего подъяруса валанжинского яруса нижнего мела; 8 –среднего подъяруса волжского яруса верхней юры соответственно; Прочие обозначения: 9 – суффозионная западина; 10 – геологические границы; 11 – бровка склона; 12 – тыловой шов оползневого тела; 13 –  бровка оползневого склона; 14 – предполагаемая граница фронтальной части оползня; 15 – линия схематического разреза; 16 – поверхностные воды; 17 – валуны; 18 – сезонные источники разгрузки подземных вод
Рис.5. Схематическая карта проявлений склоновых процессов. Условные обозначения: Голоценовые образования: 1 – осыпные; 2 – обвальные; 3 – суффозионно-осыпные; 4 – аллювиальные; Средненеоплейстоценовые образования: 5 – флювио-лимногляциальные образования московского горизонта; 6 – моренные образования московского горизонта; Дочетвертичныеморские образования: 7 – верхнего подъяруса валанжинского яруса нижнего мела; 8 –среднего подъяруса волжского яруса верхней юры соответственно; Прочие обозначения: 9 – суффозионная западина; 10 – геологические границы; 11 – бровка склона; 12 – тыловой шов оползневого тела; 13 –  бровка оползневого склона; 14 – предполагаемая граница фронтальной части оползня; 15 – линия схематического разреза; 16 – поверхностные воды; 17 – валуны; 18 – сезонные источники разгрузки подземных вод

 

4). Осыпные процессы. Процессам осыпания наиболее подвержены четвертичные образования верхней части склона и меловые средней части склона. Первичная осыпь формируется на средней части склона. В момент, когда угол откоса осыпных образований превышает угол естественного откоса происходит перемещение части осыпи вниз по склону и формирование конусов осыпи в основании склона.

5) Линейная эрозия. Единичные случаи линейной эрозии имеют место в отложениях четвертичной и меловой систем. Имеются как древние заросшие промоины, которые за последние 10 лет не претерпели значительных изменений, так и относительно молодые, развивающиеся в настоящее время (рис. 13,14). Глубина заросших оврагов до 9 м, при ширине до 20; молодых промоин до 4 и 3 м соответственно.

Для характеристики динамики склоновых процессов на исследуемом участке важен тот факт, что крутой подмываемый склон в районе дер. Горохово имел место ещё до строительства водохранилища [3]. Судя по архивным фотоснимкам, профиль был заметно положе, пойма значительно шире, а подмывание берегов происходило лишь во время паводков и половодий. Склон не имел выраженного трехчастного строения, а преобладавшим процессом, судя по всему, был плоскостной смыв. Таким образом, до строительства водохранилища склон характеризовался как устойчивый, медленно отступающий.

 

Рис. 6. Обвально-оползневой блок, прислонённый к склону
Рис. 6. Обвально-оползневой блок, прислонённый к склону

 

Рис. 7 Общий вид обвального участка склона
Рис. 7 Общий вид обвального участка склона

 

Рис. 8. Стенка отрыва обвальной глыбы с характерными трещинами отрыва
Рис. 8. Стенка отрыва обвальной глыбы с характерными трещинами отрыва

 

Рис 9. Карнизная форма в основании склона
Рис 9. Карнизная форма в основании склона

 

Рис. 10. Вывалы вблизи обвального участка склона
Рис. 10. Вывалы вблизи обвального участка склона

 

Рис. 11. Стенка отрыва в основании склона
Рис. 11. Стенка отрыва в основании склона

 

Рис. 12. Блюдцеобразное понижение суффозионного оползня вблизи бровки склона
Рис. 12. Блюдцеобразное понижение суффозионного оползня вблизи бровки склона

 

Заключение

Таким образом, склон на исследуемом участке имеет трёхъярусное строение, которое обусловлено особенностями геологического строения. В результате проведенных работ было показано, что в настоящее время на исследуемом участке развивается широкий спектр геологических процессов. Развитие таких процессов как обвальные, обвально-оползневые, оползневые, осыпные, линейная эрозия оказывают существенное влияние на разрушение и изменение морфологии склона.

Несмотря на то, что процессы переработки значительно замедлились, очевидно, что склон все ещё далек от выработки от равновесного профиля, существовавшего до строительства водохранилища. В то же время, проблематично применение понятия «конечный профиль переработки» для характеристики переработки берегов, поскольку берег будет подмываться и в дальнейшем, даже после затухания основных процессов переработки. Прогнозирование дальнейшей динамики склона осложняется колебаниями уровня воды в водохранилище и его озёрно-проточным режимом.

 

Рис. 13. Заросший овраг, прорезающий отложения четвертичной и меловой систем
Рис. 13. Заросший овраг, прорезающий отложения четвертичной и меловой систем

 

Рис. 14. «Молодая» промоина водно-ледниковых супесях московского горизонта
Рис. 14. «Молодая» промоина водно-ледниковых супесях московского горизонта

 


Список литературы

  1. Виноградова Н. Н., Назаров Н. Н., Никонорова И. В. Современные проблемы крупных водохранилищ Волжско-Камского каскада (эколого-геоморфологический аспект) //Эрозионные и русловые процессы. 2010. №5. С. 147-165.
  2. Емельянова Е. П. О суффозионных оползнях //Вопросы изучения оползней и факторов, их вызывающих. 1968. С. 4-20.
  3. Иванов А. П. Геологическое описание фосфоритоносных отложений по р. Нее, Желвати, Мере и Волге в Костромской губернии и по р. Волге в пределах Тверской и Ярославской губ //Тр. Комиссии Моск. с.-х. ин-та по исслед. фосфоритов. 1910. №. 2. С. 15-79.
  4. Киселёв Д.Н., Баранов В.Н., Муравин Е.С., Новиков И.В., Сенников А.Г. Атлас геологических памятников природы Ярославской области. - Изд-во ЯГПУ им К.Д. Ушинского. 2003.
  5. Митрофанов Д. Н. Современные абразионные процессы в береговой зоне Рыбинского водохранилища //Геология, география и глобальная энергия. 2011. №. 3. С. 210-214.
  6. Золотарев Г. С., Соколов Д. С., Чаповский Е. Г. (ред.). Опыт и методика изучения гидрогеологических и инженерно-геологических условий крупных водохранилищ. – Изд-во Моск. ун-та, 1959.
  7. Рекомендации по инженерным изысканиям для прогноза переработки берегов водохранилищ / ПНИИИС – М.: Стройиздат, 1986.
  8. Хатчинсон Дж. Склоновые процессы, вызванные суффозией в песках // Оползни и сели. Сборник докладов международного семинара в Алма-Ате, октябрь 1981 г. М: Центр международных проектов, ГКНТ. 1982. С. 243-261.
  9. Чуринов М.В., Акимов И.К., Олехова Л.И., Тарасова Г.И. Состояние берегов водохранилищ Волжского каскада и задачи их дальнейшего изучения / Труды Всесоюзного научно-исследовательского института гидрогеологии и инженерной геологии. Выпуск 47. М.: Министерство геологии СССР. 1972. С. 5-18.
  10. Интерактивная карта сервиса Яндекс карты https://yandex.ru/maps/  (дата обращения 20.03.2022 г.)

 


Журнал остается бесплатным и продолжает развиваться.
Нам очень нужна поддержка читателей.

Поддержите нас один раз за год

Поддерживайте нас каждый месяц