Бакалаврская работа на тему: "Разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища"

Алена Орлова

Бакалаврская работа на тему: "Разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища"

Как известно, строительство гидроузлов имеет достаточно большое распространение и используется на всех континентах нашей планеты. Среди процессов, имеющих важное значение для существования общества, выделяют создание новых водных объектов – водохранилищ, посредством осуществления гидротехнического строительства. Водохранилища – это первостепенный и основополагающий компонент гидротехнических и водохозяйственных систем. Это объясняется тем, что именно они обеспечивают возможность регулирования водных ресурсов земли, переустройства и преобразования водных объектов гидросферы в требуемом для человечества направлении. Но с удовлетворением достаточно различных потребностей человечества, водохранилища также оказывают отрицательное воздействие на природу, порождают массу экологических проблем и нарушают складывавшиеся веками природные условия Земли. Среди отрицательных воздействий водохранилища, возникающих на этапе создания и строительства гидротехнических сооружений, выделяют затопление и подтопление территорий, прилегающих близко к берегу водохранилища. Данное явление приводит к большому числу проблем и наносит непоправимый ущерб населению. Также результат воздействия затопления территорий не обходится без влияния на изменения почв, животного мира и растительности. Актуальность данной бакалаврской работы как раз и состоит в выявлении всевозможных отрицательных воздействий водохранилищ на природную среду и человека, в том числе на устойчивость береговых зон водохранилищ, прилегающих близко к водоподпорным гидротехническим сооружениям, поскольку их строительство постоянно растет, и они активно используются в интересах различных отраслей хозяйства. А также в обеспечении укрепления этой береговой зоны и защиты её от обрушений и волнового воздействия водохранилища для предотвращения создания ударной волны, которая может разрушить бетонную плотину. Целью бакалаврской работы является определение влияния водохранилища на устойчивость береговой зоны, находящейся близко к плотине, и разработка мероприятий по укреплению откоса рассматриваемой в работе береговой зоны водохранилища.

Охрана окружающей среды. Экология человека

Дипломы

Вуз: Сибирский федеральный университет (СФУ)

ID: 5f2fb0d7cd3d3e0001b57b95

UUID: 8982aa60-bc46-0138-1510-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 7

14.14

Алена Орлова

Сибирский федеральный университет (СФУ)

Комментировать 0

Рецензировать 1

Скачать - 2,9 МБ

Поделиться работой

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Политехнический институт Кафедра «Техносферная и экологическая безопасность» УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой ______ Т.А. Кулагина подпись « _____» ________ 2020 г. ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ в форме бакалаврской работы Студенту: Орловой Алене Игоревне Группа: ФЭ16-10Б Направление (специальность): 20.03.01 «Техносферная безопасность» Тема выпускной квалификационной работы: «Разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища». Утверждена приказом по университету: № 22/с от 14 января 2020 г. Руководитель ВКР: Н.В. Крук доцент, канд. техн. наук Исходные данные для ВКР: нормативная, справочная и другая литература. Перечень разделов ВКР: введение, актуальные проблемы водохранилищ, расчет устойчивости береговой зоны водохранилища, мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища. Перечень графического материала: Лист 1 – Ситуационный план Лист 2 – Геологическое строение береговой зоны водохранилища Лист 3 – Аналитический расчет устойчивости береговой зоны водохранилища Лист 4 – Численное моделирование расчета устойчивости береговой зоны водохранилища Лист 5 – Мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища Руководитель ВКР _________ Н.В. Крук подпись Задание принял к исполнению _________ А.И. Орлова подпись « ___ » __________ 2020 г. 2

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК выполнения ВКР Наименование и содержание этапа Сбор и анализ исходной литературы и документации Постановка основной задачи, освоение расчетных методик Выполнение расчетов, оформление результатов, составление выводов Оформление расчетно-пояснительной записки Графическое оформление чертежей Оформление прочей документации Срок выполнения 21.05.2020 – 18.06.2020 19.06.2020 – 20.06.2020 21.06.2020 – 23.06.2020 24.06.2020 – 26.06.2020 27.06.2020 – 29.06.2020 30.06.2020 – 01.07.2020 Руководитель ВКР _________ Н.В. Крук подпись Задание принял к исполнению _________ А.И. Орлова подпись « ___ » __________ 2020 г. 3

РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа по теме «Разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища» содержит 60 страниц текстового документа, включает 9 таблиц, 20 рисунков, 2 приложения, 18 использованных источников и 5 листов графического материала. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ, ПЛОТИНА, ВОДОХРАНИЛИЩЕ, БЕРЕГОВАЯ ЗОНА, УСТОЙЧИВОСТЬ, ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ. Объект исследования – береговая зона одного из крупных водохранилищ Красноярского края. Целью выпускной квалификационной работы является разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища и защита её от волнового воздействия. В результате выполнения ВКР были изучены общие сведения о водохранилищах, основные проблемы, возникающие на этапе создания водохранилища при затоплении территорий, основные характеристики района расположения рассматриваемого водохранилища, выполнены аналитический расчет устойчивости береговой зоны и численное моделирование расчета устойчивости методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения, определены параметры волновых нагрузок и воздействие волн на береговую зону, представлены мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища и предложены дополнительные рекомендации по их установке на рассматриваемой территории. В качестве мероприятий предложены: установка подпорной стенки из железобетона, установка щелевого дренажа и вертикальных дренажных колодцев с отводящими горизонтальными каналами, бурение скважин и заполнение их золобетоном, установка георешетки. 4

АННОТАЦИЯ к выпускной квалификационной работе на тему: «Разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища» ВКР выполнена на 60 страниц, включает 9 таблиц, 20 рисунков, 2 приложения, 18 использованных источников и 5 листов графического материала. Объект исследования – береговая зона одного из крупных водохранилищ Красноярского края. Целью выпускной квалификационной работы является разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища и защита её от волнового воздействия. В бакалаврскую работу входит задание, реферат, аннотация, введение, содержание, три главы, заключение по работе, приложение. Во введении раскрывается актуальность выпускной квалификационной работы по выбранному направлению, ставятся цель и задачи. В первой главе описаны актуальные проблемы водохранилищ, представлены общие сведения о водохранилищах, основные проблемы, возникающие при затоплении территорий и основные характеристики района расположения рассматриваемого водохранилища. Во второй главе описано проведение аналитического расчета устойчивости береговой зоны, а также численное моделирование расчета устойчивости методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения, рассчитаны и определены параметры волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону, представлены результаты и выводы расчетов. В третьей главе предложены мероприятия по укреплению береговой зоны для защиты её от обрушения и волнового воздействия водохранилища, а также даны технические рекомендации по установке защищаемых конструкций. В заключении сформулированы основные выводы по выпускной квалификационной работе. 5

СОДЕРЖАНИЕ Введение ....................................................................................................................... 7 1 Актуальные проблемы водохранилищ................................................................... 9 1.1 Общие сведения о водохранилищах ................................................................ 9 1.2 Основные проблемы, возникающие при затоплении территорий .............. 14 1.3 Основные характеристики района расположения рассматриваемого водохранилища .......................................................................................................... 18 1.3.1 Климатические особенности .................................................................. 18 1.3.2 Геологические и геоморфологические особенности ........................... 19 1.3.3 Особенности почвенного состава .......................................................... 22 1.3.4 Многолетнемерзлые породы и мерзлотные явления .......................... 22 1.3.5 Современные экзогенные процессы...................................................... 24 1.3.6 Сейсмические особенности.................................................................... 24 1.3.7 Гидрологические особенности .............................................................. 25 1.3.8 Ландшафтные и биологические особенности ...................................... 27 2 Расчет устойчивости береговой зоны водохранилища ...................................... 29 2.1 Аналитический расчет устойчивости береговой зоны ................................. 29 2.2 Численное моделирование расчета устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения ........................................................... 38 2.3 Расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону ............................................................................................ 44 3 Мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища ........................ 47 3.1 Существующие технические решения ........................................................... 47 3.2 Предлагаемые технические решения ............................................................. 51 Заключение ................................................................................................................ 54 Список использованных источников ...................................................................... 56 Приложение А Исходные данные к численному моделированию расчета устойчивости береговой зоны водохранилища...................................................... 58 Приложение Б Результаты численного моделирования расчета устойчивости береговой зоны водохранилища .............................................................................. 59 6

ВВЕДЕНИЕ Преобразующая деятельность человека может быть весьма разнообразной. Она имеет различие, как по масштабам, так и по значению в той или иной области. Исходя из этого, можно выделить деятельность, затрагивающую глобальные масштабы преобразований экологических систем планеты. И это регулирование речного звена гидросферы на огромных просторах суши путем строительства гидротехнических сооружений. Как известно, строительство гидроузлов имеет достаточно большое распространение и используется на всех континентах нашей планеты. Среди процессов, имеющих важное значение для существования общества, выделяют создание новых водных объектов – водохранилищ, посредством осуществления гидротехнического строительства. Водохранилища – это водные объекты, созданные и управляемые человеком, способные регулировать речное звено гидросферы на огромных просторах суши. Водохранилища – это первостепенный и основополагающий компонент гидротехнических и водохозяйственных систем. Это объясняется тем, что именно они обеспечивают возможность регулирования водных ресурсов земли, переустройства и преобразования водных объектов гидросферы в требуемом для человечества направлении. Так как трудность в снабжении народонаселения, а помимо этого и многообразных отраслей хозяйства, чистой пресной водой становится с каждым днем всё более существенней и актуальней для достаточно большого ряда стран Земли. Помимо водоснабжения народонаселения пресной водой, водохранилища также имеют огромное и разнообразное значение и в других сферах. К главным водопотребителям и водопользователям относятся предприятия гидроэнергетики, промышленности, сельское хозяйство, ирригация, рыбное хозяйство, водный транспорт, рекреация и т.д. Поэтому, в основном, водохранилища создают с учетом интересов всех отраслей хозяйств для способности их комплексного использования. Но с удовлетворением достаточно различных потребностей человечества, включающим необходимость преобразования и регулирования гидросферы, водохранилища также оказывают отрицательное воздействие на природу, порождают массу экологических проблем и нарушают складывавшиеся веками природные условия Земли. Среди отрицательных воздействий водохранилища, возникающих на этапе создания и строительства гидротехнических сооружений, выделяют затопление и подтопление территорий, прилегающих близко к берегу водохранилища. Данное явление приводит к большому числу проблем и наносит непоправимый ущерб населению. Также результат воздействия затопления территорий не обходится без влияния на изменения почв, животного мира и растительности. 7

Актуальность данной бакалаврской работы как раз и состоит в выявлении всевозможных отрицательных воздействий водохранилищ на природную среду и человека, в том числе на устойчивость береговых зон водохранилищ, прилегающих близко к водоподпорным гидротехническим сооружениям, поскольку их строительство постоянно растет, и они активно используются в интересах различных отраслей хозяйства. А также в обеспечении укрепления этой береговой зоны и защиты её от обрушений и волнового воздействия водохранилища для предотвращения создания ударной волны, которая может разрушить бетонную плотину. Целью бакалаврской работы является определение влияния водохранилища на устойчивость береговой зоны, находящейся близко к плотине, и разработка мероприятий по укреплению откоса рассматриваемой в работе береговой зоны водохранилища. Задачи бакалаврской работы следующие: 1) выявить актуальные проблемы водохранилищ, возникающие при затоплении территорий на этапе их создания; 2) произвести аналитический расчет устойчивости и численное моделирование расчета устойчивости береговой зоны водохранилища методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения и сравнить полученные значения с нормативным значением; 3) оформить полученные результаты численного моделирования расчета устойчивости с помощью графического пакета SURFER; 4) выполнить расчет и определить параметры волновых нагрузок и воздействий волн на рассматриваемую береговую зону водохранилища; 5) исходя из полученных результатов расчета устойчивости и расчета волновых нагрузок и воздействий волн, разработать мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища для предотвращения её обрушения, а также защиты от волнового воздействия; 6) привести рекомендации для предлагаемых технических решений по их установке на конкретной рассматриваемой территории; 7) сделать выводы по выполненной работе. 8

1 Актуальные проблемы водохранилищ Создание водохранилищ влечет за собой всяческие изменения как природных, так и хозяйственных условий. В основном влиянию подвержены те территории, которые близко прилегают к созданному водоему. Масштабность и направленность таких изменений напрямую предопределяется размерностью созданного водоема, а именно площадью и объемом водной массы. Также стоит отметить и влияние природных условий на тех местностях, где располагается водохранилище. Поскольку от видов грунта, из которых состоят территории, расположенные вблизи созданного водоема, зависит ослабление или усиление влияния водохранилища. 1.1 Общие сведения о водохранилищах Водохранилищами называют большие искусственные водоемы (объемом более 1 млн. м3), созданные при помощи водоподпорных сооружений. Обычно они образованы плотиной, перегораживающей речной сток. Пример образования водохранилища путем создания перегораживающей плотины представлен на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 – Водохранилище и водоподпорное сооружение Создание водохранилищ имеет разнообразное и многоцелевое предназначение. Основной целью создания водохранилищ является регулирование речного стока водного объекта, его накопление с применением установленных гидротехнических сооружений, и последующее рациональное использование запасов водных ресурсов в интересах различных отраслей хозяйства, таких как: 9

1) гидроэнергетика – создание водохранилищ способствует возможности преобразования энергии водных масс в электроэнергию посредством строительства гидроэлектростанций (ГЭС) для снабжения электричеством населенных пунктов, промышленных объектов и т.д.; 2) водоснабжение – водохранилища способны обеспечивать пресной водой населенные пункты и промышленные предприятия; 3) судоходство – водохранилища способствуют улучшению судоходных условий для водного транспорта, создают необходимые глубины для свободного прохождения различных судов; 4) рыбное хозяйство – водохранилища способствуют созданию благоприятных условий для разведения рыб; 5) сельское хозяйство – водохранилища обеспечивают возможность орошения и обводнения засушливых земель (мелиорация) в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения; 6) рекреация – водохранилища обеспечивают возможность организации отдыха людей и водного спорта [16]. Поэтому при проектировании крупных гидроузлов необходимо предусматривать возможность комплексного использования водохранилищ всеми заинтересованными водопотребителями и водопользователями с полным согласованием их требований и обеспечением экологической безопасности. Также путем задержки половодного стока водохранилищ решается задача предотвращения наводнений [7]. Для этого сток воды в водохранилищах накапливается в одни периоды года, а отдается накопленная вода в другие. Этап аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи – сработкой водохранилища. Емкость, в которой аккумулируется вода, называется чашей водохранилища [16]. Основные размеры водохранилищ определяются рядом параметров. К ним относятся следующие: 1) нормальный (нижний) подпорный уровень (НПУ). Под НПУ понимается оптимальный расчетный уровень водной поверхности, которую могут поддерживать водоподпорные сооружения при нормальной эксплуатации; 2) форсированный подпорный уровень (ФПУ) или горизонт форсировки. Под ФПУ понимается расчетный уровень, до которого допускается производить кратковременное повышение уровня водной поверхности при пропуске катастрофических половодий. Превышение этого уровня приводит к переливу воды через гребень плотины и возникновению аварийных ситуаций; 3) уровень мертвого объема (УМО) или горизонт сработки – это отметка предельного (низкого) уровня водной поверхности, до которого срабатывалось водохранилище при его нормальной эксплуатации; 4) уровень навигационной сработки (УНС) – это отметка уровня, при котором водохранилище может нормально эксплуатироваться. Иными словами, это уровень между УМО и НПУ; 10

5) полезный объем – это объем заключенный между НПУ и УМО – объем, осуществляющий регулирование стока; 6) мертвый объем – это объем, находящийся ниже УМО [15]. Основные элементы водохранилищ, описанные выше, и параметры, определяющие размеры водохранилищ, изображены на рисунке 1.2. Рисунок 1.2 – Основные элементы водохранилища Соответственно, ввиду достаточно обширного использования водохранилищ в различных целях отраслях хозяйства, существуют и разнообразные их виды. Виды водохранилищ подразделяются в соответствии со следующим рядом классификаций. В соответствии с Приказом Минприроды РФ от 26.01.2011 №17 «Об утверждении Методических указаний по разработке правил использования водохранилищ» водохранилища рекомендуется классифицировать по объему, общей площади поверхности и глубине [14]. Классификации водохранилищ по данным показателям представлены в таблицах 1.1 и 1.2. Таблица 1.1 – Классификация водохранилищ по объему и площади Категории водохранилищ Крупнейшие Очень крупные Крупные Средние Небольшие Малые Полный объем, м3 более 50 10-50 1-10 0,1-1 0,01-0,1 менее 0,01 11 Площадь водного зеркала при НПУ, м2 более 5000 500-5000 100-500 20-100 2-20 менее 2

Таблица 1.2 – Классификация водохранилищ по глубине Категории водохранилищ Исключительно глубокие Очень глубокие Глубокие Средней глубины Неглубокие Мелководные Наибольшая глубина, м более 200 100-200 50-100 20-50 10-20 менее 10 Средняя глубина, м более 60 30-60 15-30 7-15 3-7 менее 3 Существует классификация водохранилищ по признаку генезиса, указывающему на способ образования чаши. Различают несколько типов водохранилищ: 1) долинные водохранилища – образуются подпорными гидроузлами (плотинами) на реках, имеющих уклон дна и увеличение глубины от верхней части водоема к плотине; 2) наливные водохранилища – создаются в естественных понижениях местности, выработанных карьерах, или в виде искусственных копаней, заполняемых водой в половодье. Такие водохранилища обычно используют для водоснабжения, так как они обычно не имеют больших размеров и могут располагаться в непосредственной близости к потребителю воды, требуют меньшего отчуждения земель и не нуждаются в паводковых водосбросах; 3) озера-водохранилища – создаются путем подпора или углубления естественных озер. При незначительных площадях затоплений в таких водохранилищах удается аккумулировать большие объемы воды; 4) подземные водохранилища – это уникальные водные объекты, которые создаются в подземных пустотах и водоносных горизонтах; 5) морские водохранилища – образуются в устье участках рек, впадающих в море [16]. Можно классифицировать водохранилища по географическому расположению в природных (высотных) зонах. Их можно подразделить на: 1) горные водохранилища – сооружаются на горных реках, имеют большую глубину и напор 100-300 м и более; 2) предгорные водохранилища – с высотой напора 30-100 м; 3) равнинные водохранилища – имеют небольшую глубину и достаточно большую ширину с высотой напора не более 30 м [9]. А также классифицировать по географическому расположению в природных (широтных) зонах. К ним относятся: 1) водохранилища полярных областей; 2) водохранилища умеренных широт; 3) водохранилища аридных областей [5]. Водохранилища также можно классифицировать по гидрографическому признаку. Их выделяют три типа: 1) русловые (речные) – водохранилища, образованные путем огораживания речного течения гидротехническим сооружением (плотиной) и 12

затопления речной долины. Обычно такие водохранилища обладают большой длиной и имеют вытянутую и большую площадь зеркала; 2) озерные – водохранилища, образованные путем огораживания плотиной истока реки, исходящего из озера. В таком водохранилище, возможно, создавать значительные запасы воды с относительно малыми повышениями уровня озера; 3) смешанные – водохранилища, образованные в результате постройки плотины ниже истока реки, вытекающего из озера. Такое водохранилище включает емкость чаши озера и примыкающей к нему долины реки [4]. Водохранилища классифицируют и по месту расположения в речном бассейне: 1) верховые; 2) низовые [5]. Выделяют классификацию водохранилищ по водообмену и степени проточности. Она определяется отношением объема водохранилища при НПУ к объему среднегодового стока в створе плотины. По скорости водообмена (лет) водохранилища бывают: 1) очень большая (менее 0,1); 2) большая (0,10 – 0,25); 3) значительная (0,25 – 0,50); 4) средняя (0,50 – 1,0); 5) небольшая (1,0 – 2,0); 6) малая (более 2,0) [15]. Существует классификация водохранилищ по степени минерализации пресных вод. Они подразделяются на воды с: 1) малой (до 200 мг/л); 2) средней (200-500 мг/л); 3) повышенной (более 500 мг/л) минерализацией [15]. Регулирование речного стока представляет собой циклический процесс: фазы наполнения водохранилища чередуются с фазами его сработки. Поэтому в зависимости от продолжительности этого цикла по характеру регулирования речного стока различают следующие виды водохранилищ: 1) годичное (сезонное) – это циклический процесс освобождения чаши водохранилища через водосбросные сооружения и заполнения ее водой в период начала весеннего половодья для использования в сезоны маловодья; 2) многолетнее – это процесс, включающий наполнение чаши водохранилища водой до нормального подпорного уровня (НПУ) в многоводные годы для ее использования в маловодные годы. Соответственно, водохранилища, осуществляющие многолетнее регулирование, имеют большие объемы, нежели водохранилища годичного регулирования; 3) месячное, недельное и суточное регулирование – это процесс неравномерного потребления воды в соответствии с требованиями потребителей. Больше всего данные режимы характерны для гидроэлектростанций (ГЭС) [7]. 13

1.2 Основные проблемы, возникающие при затоплении территорий Создание и использование искусственных водохранилищ оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на окружающую природную среду. В процессе строительства и эксплуатации гидроузлов могут нарушаться складывавшиеся веками естественные природные условия. В результате чего природная среда претерпевает разнообразные изменения в силу многогранного воздействия водохранилища, особенностей его показателей и динамики развивающихся процессов [16]. Так при создании искусственных водохранилищ на территориях, где грунты недостаточно изучены и слабо проведены инженерно-геологические изыскания, происходит затопление больших объемов прилегающих к водохранилищу территорий, которые приводят к нарушению прежнего использования территорий, переформирования берегов водоема и возникновению большого количества следующих проблем. 1) Изменение климатических условий. Появление большого объема водной массы с высокой теплоемкостью смягчает континентальный характер климата. За счет испарения с увеличившейся площади водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха, увеличивается количество осадков, продолжительность туманов. Также возникновение гладкой водной поверхности водохранилища взамен шероховатой поверхности суши способствует усилению ветров над водохранилищем и береговой зоной. 2) Изменение режима уровней грунтовых вод. Подтопление прилегающих к водохранилищу земель существенно изменяет положение поверхности грунтовых вод. Она перемещается ближе к поверхности земли и при подъеме уровня воды может привести к выходу их на поверхность земли и заболачиванию. Кроме того, заболачивание территорий приводит к изменению почвенного покрова, растительности, химического состава грунтовых вод, ведет к деградации почв и изъятию из сельскохозяйственного использования. Пример последствия затопления и возможного заболачивания местности представлен на рисунке 1.3. 3) Влияние всплывания торфяников. При наполнении ложа водохранилища часть торфяных масс начинает всплывание, поэтому не исключается выход торфяных островов на открытую акваторию водохранилища. В связи с этим могут возникать различные неблагоприятные явления, как для функционирования самого гидроузла (засорение водоводов), так и для целей судоходства, качества воды, эмиссии парниковых газов и др. Также затопление торфов в результате различных химических и микробиологических процессов будет сопровождаться активным выделением в окружающую водную среду продуктов разложения. Значительная часть таких продуктов представляет собой спектр различных парниковых газов. 4) Изменение геологического строения котловины. Вследствие переформирования береговой полосы, тепловой осадки дна, размыва островов, 14

всплытия торфяников изменяется геологическое строение котловины, занятой водохранилищем. Специфическое последствие данное явление имеет для северных гидроузлов. Поскольку из-за тепловой осадки ложа может произойти увеличение объема чаши водохранилища, что приводит к удлинению периода его заполнения и, соответственно, уменьшению выработки ГЭС. Рисунок 1.3 – Заболачивание местности 5) Изменение почвенного покрова и растительности. Затопление прилегающих к водохранилищу территорий ведет к изменению режимов грунтовых вод и микроклимата, что приводит к изменению водного и теплового режима почв, а тем самым к изменению в ней биологических и физико-химических процессов. Расположение уровня грунтовых вод на глубине 2 м и более от поверхности ведет к увеличению подвижности гумусовых веществ и железа и огнеению этих горизонтов. Дальнейшее повышение уровня воды грунтовых вод, вызванное в результате затопления территорий, вызывает процесс олугования подзолистых почв с повышением в них содержания гумуса, азота, фосфора, кальция и соединений железа за счет разложения древесины и торфов. В результате этого, на затопленных участках земель полностью гибнет существующая растительность (не вырубленные деревья, кустарники, травы, мхи и т.д.) [8]. Пример последствия затопления территории и лесных массивов, приводящий к гибели существующей растительности, представлен на рисунке 1.4. 15

Рисунок 1.4 – Затопление лесных массивов 6) Изменение образа жизни животных и мест их обитания. Обводненные территории отрицательно влияют на привычный образ жизни и рефлексы животных: изменение сезонных путей их миграции, мест водопоя, условия их зимовки, поисков пищи и т.п. Совокупность изменений климата с изменениями ландшафта приводят к ухудшению условий гнездования птиц, влияют на пути перелетных птиц, неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных. Также в некоторых случаях в результате затопления территорий происходит уничтожение мест обитания животных и их гибель [16]. 7) Влияние на населенные пункты. Затопление близ лежащих территорий, при создании водохранилищ, отрицательно влияет на населенные территории, нанося значительный ущерб населению. Наводнения приводят к уничтожению жилых домов, повреждению и разрыву транспортных коммуникаций и магистральных трубопроводов, прерыванию хозяйственной деятельности, а также уничтожению плодородных слоев почв и гибели урожая. В результате этого люди в одно мгновение лишаются нажитого годами имущества, и возникает необходимость переселения жителей и переноса объектов народного хозяйства. Пример последствия затопления территории населенных пунктов представлен на рисунке 1.5. 8) Изменение транспортной схемы. Строительство гидроузла и заполнение водохранилища иногда приводит к коренному изменению всей транспортной схемы в регионе:  временное закрытие плотины для автотранспорта приводит к ограничению доступности передвижения к береговым поселениям; 16

 подтопление участков автодорог вызывает ограничение автотранспортной доступности части поселений;  строительство плотины вызывает прекращение сквозного судоходства и изменение условий лесосплава. Прекращение сквозного судоходства нарушает сообщение между поселениями верхнего и нижнего бьефов [3]. Рисунок 1.5 – Затопление населенных пунктов 9) Влияние на береговую зону. Также одной из глобальных проблем при затоплении территорий в процессе наполнения водохранилища является повсеместное оживление обвально-осыпных процессов, оплывания, оползания размываемых отложений, а также нарушение динамического равновесия и обрушение береговой зоны водохранилища, расположенной близко к плотине. Пример последствия повышения уровня воды в водохранилище, приводящее к затоплению береговых зон и их обрушению, представлен на рисунке 1.6. В результате обрушения береговой зоны могут произойти гидродинамические повышения уровня воды, которые способны создать ударную волну и разрушить перегораживающую водохранилище бетонную плотину. Это является недопустимым при эксплуатации гидротехнического сооружения. Поэтому для того, чтобы предотвратить возникновение данной проблемы, необходимо произвести расчет устойчивости береговой зоны водохранилища, находящейся близко к плотине, и предложить ряд мероприятий по укреплению и защите откоса от обрушения и волнового воздействия. 17

Рисунок 1.6 – Обрушение береговой зоны водохранилища 1.3 Основные характеристики рассматриваемого водохранилища района расположения 1.3.1 Климатические особенности В данной курсовой работе рассматривается береговая зона одного из крупных водохранилищ Красноярского края. Климатические условия района расположения рассматриваемого гидроузла характеризуются, прежде всего, более выраженной континентальностью. Морозное выветривание глинистых коренных пород, обнажающихся в абразионных уступах, играет значительную роль в усилении обвально-осыпных явлений при переработке берегов. Амплитуда колебаний температур воздуха в многолетнем разрезе достигает 93оС. Самые холодные месяцы декабрь-февраль. Абсолютный минимум достигал - 56ºС, а абсолютный максимум +37ºС. Период с отрицательными температурами составляет 195-200 дней в году. Характерной особенностью климата Приангарья являются часто наблюдающиеся температурные инверсии воздуха, играющие в холодное время года важную роль в формировании застойных атмосферных явлений. Максимальная мощность инверсий в летний период достигает 2 км, а в зимний – 3 км и более. Важным обстоятельством, формирующим климатический портрет территории, является влияние вышерасположенного водохранилища на процесс образования устойчивых морозных туманов в его нижнем бьефе. В холодную часть года над этой территорией устанавливается область высокого давления – сибирский антициклон. Летом над районом располагается 18

область пониженного давления, вызывающая циклоническую деятельность, что приводит к выпадению около 50-60% всей годовой суммы осадков. Атмосферные осадки за год колеблются в пределах 334-374 мм и в среднем равны 354 мм. Наибольшее их количество приходится на июль-август, наименьшее – на февраль-март. Суточный максимум осадков достигал 63 мм. Снежный покров появляется в конце первой или второй декаде октября и сходит в третьей декаде апреля или в первой декаде мая. Снежный покров, в среднем, держится в пределах 160-190 дней. Режим ветра характеризуется малыми скоростями обычно в зимний и летний периоды года (от 1,2 до 2,5 м/с). Наибольшие скорости ветра наблюдаются при западных и северо-западных направлениях, которые преобладают в течение года. Среднегодовая скорость ветра менее 2,0 м/с. Скорости ветра 10 м/с и выше не превышают 1% их общего числа. Долина Ангары и устья, впадающих в нее рек в ночные и предрассветные часы, летом и осенью заполняются густым туманом, удерживающимся до полудня. Количество дней с туманами в долине р. Ангары и устьях ее притоков достигает 60-85 в год. В районе расположения данного гидроузла отсутствуют крупные промышленные источники загрязнения воздуха, за исключением очень ограниченного дорожного движения и некоторого образования пыли от деятельности карьеров и предприятий по заготовке леса. 1.3.2 Геологические и геоморфологические особенности Территория, прилегающая к данному водохранилищу, входит в состав Ангаро-Канского инженерно-геологического региона. Основными факторами, определяющими геологические особенности региона, являются геологическое строение, геоморфологические и гидрогеологические условия, а также степень развития экзогенных процессов и явлений. Густая сеть тектонических разломов и многочисленных магматических интрузий, частая перемежаемость слоев горных пород различного литологического и фациального состава обуславливают сложное геологическое и структурно-тектоническое строение территории. В геологическом строении принимают участие осадочные породы палеозойского (кембрий, ордовик, карбон, пермь), мезозойского (триас) и кайнозойского (четвертичная система) возрастов. Общую тектоническую структуру района отражают кембрийские и ордовикские отложения, погружающиеся в северо-западном направлении. Наиболее древними образованиями являются терригенно-карбонатные и карбонатно-терригенные породы нижнего-верхнего кембрия (климинская, зеледеевская, эвенкийская или илгинская свиты), выходящие на поверхность в ядрах антиклиналей зоны ангарских складок. На них залегают песчаники, алевролиты, мергели, известняки и доломиты, аргиллиты нижнего ордовика 19

(усть-кутская, ийская, бадарановская свиты), спорадически развитые в пределах приплотинного участка водохранилища. Мощность всей толщи составляет 300400 м. На размытой поверхности этих отложений также несогласно залегают алевролиты, аргиллиты, мергели среднего – верхнего ордовика (мамырская и братская свиты) мощностью 350-400 м. Эти породы в основном распространены на левобережье Ангары. Нижнепалеозойские породы с угловым и стратиграфическим несогласием перекрываются комплексом верхнепалеозойских образований мощностью около 700 м, объединяющих песчаники, алевролиты, аргиллиты, угли тушамской и камской свит нижнего – верхнего карбона и алевролиты, аргиллиты, углисто-глинистые сланцы бургуклинской и пеляткинской свит перми. Мезозойские отложения представлены вулканогенными образованиями тутончанской и корвунчанской свит нижнего триаса (туфы, туффиты, туфопесчаники, туфоалевролиты) и озерно-речными континентальными осадками нижней – средней юры (пески, галечники, глины, песчаники, линзы конгломератов, угли). Эти породы пользуются наибольшим распространением и слагают междуречные пространства и склоны речных долин. Характерной особенность района является широкое развитие магматических пород мезозойского (траппового) комплекса. Трапповые интрузии наиболее широко распространены на площадях, прилегающих к верхней и нижней частям водохранилища, залегают в форме пластовых и силообразных тел и представлены, в основном, долеритами и диабазами. По физическим свойствам это самые прочные породы. Четвертичные отложения мощностью от 1 до 25 м (в среднем 5-10 м) распространены повсеместно и в зависимости от климата и различных режимов осадконакопления подразделяются на три типа: 1) нижнечетвертичные (доледниковые) глинистые (супеси, суглинки, глины) и песчаные (пески, песчано-галечные отложения) породы, слагают аллювий террас высотой более 60 м, мощность 2-6 м; 2) средне–верхнечетвертичные лессовидные породы аллювиального и делювиального комплексов (лессовидные супеси и суглинки, обычные суглинки и супеси, пески и песчано-галечные отложения) в составе террас высотой от 8 до 55 м и террасированных склонов высотой от 22 до 60 м, мощность 3-10 м; 3) современные аллювиальные (поймы и первые надпойменные террасы), болотные (поверхности почв первых двух надпойменных террас) и пролювиальные (днища широких безводных падей) отложения, а также элювиально-делювиальные образования мощностью от 3 до 8 м. В региональном тектоническом плане территория, прилегающая к ложу водохранилища, относится к юго-западной окраине Сибирской платформы, располагаясь восточнее складчатой области Енисейского кряжа. Структурно тектоническое строение района определяется широким развитием разломов кристаллического фундамента, что обусловило образование крупных сводов, 20

мегавалов, впадинных прогибов, а также средних и более мелких структур таких, как Ковинская и Берямбинская антиклинали. Блоковая структура фундамента отчетливо выражается и в строении осадочного чехла. Зоны разломов, располагающиеся по границам некоторых тектонических структур, подчеркиваются секущими интрузивными телами траппов. В соответствии с геоморфологическим районированием, площадь расположения рассматриваемого водохранилища располагается в пределах крупной структурно-геоморфологической зоны – Приангарском плато, включающим Ковинскую гряду и Нижнее-Ангарское валообразное поднятие, характер которых в значительной мере обусловлен составом и литологией горных пород, слагающих их. В бассейне Ангары выделяется горная область Восточного Саяна и Средне-Сибирское плоскогорье. Большую часть бассейна р. Ангары занимает Средне-Сибирское плоскогорье, высота которого колеблется в пределах 500 –1000 м. Значительная часть плоскогорья сложена осадочными породами и изверженными кристаллическими породами, известными под названием Сибирских траппов. На средней Ангаре, где река прорезает траппы, созданы идеальные условия для строительства высоконапорных ГЭС в сужениях долины. Поверхность плоскогорья глубоко изрезана сетью речных долин, расчленяющих ее на систему плоских возвышенностей. На осадочных породах палеозоя и мезозоя сформирована единая водораздельная выровненная поверхность с абсолютными высотными отметками 300-450 м. Расчлененность плато реками, ручьями, логами, лощинами значительная и по площади и по глубине. Крутые склоны речных долин так же, как и грядовые водоразделы, подвержены обвально-осыпным процессам. 1.3.3 Особенности почвенного состава По почвенно-географическому районированию район водохранилища относится к Приангарской провинции дерново-подзолистых, дерново-лесных оглеенных длительно-сезонно-мерзлотных почв. Общей особенностью почв является слабое развитие подзолообразовательного процесса, что объясняется как климатическими особенностями (прохладный климат, мерзлотные явления в почвах), так и повышенной карбонатностью почвообразующих осадочных пород. Основной почвенный фон составляют почвы дерново-подзолистые и подзолистого типов, в западной части более глинистого и тяжелосуглинистого механического, суглинистого и даже супесчаного состава. Почвы этих типов имеют маломощный гумусовый горизонт от 5 до 15 см и подзолистый горизонт от 10 до 20 см. Иногда в слабо-подзолистых почвах с 25-30 см залегает второй гумусовый горизонт мощность от 10 до 15 см. Почвы содержат от 3 до 7 % гумуса в верхнем горизонте и 1-1,5 % в подзолистом. 21

Дерново-подзолистые почвы на карбонатных породах являются наиболее плодородными почвами провинции. Они в достаточной степени обеспечены азотом и имеют слабокислую реакцию почвенного раствора. Почвы старопахотных массивов, попадающие в зону затопления водохранилища – темно-серые, оподзоленные, мощные. Глубокодерновые слабоподзолистые и пойменные высокогумусные, мощные, тяжелосуглинистые и средне - суглинистые почвы имеют мощный гумусовый горизонт, обеспечены всеми питательными веществами. Сенокосные угодья занимают почвы дерново-луговые, пойменно-луговые, лугово-болотные и перегнойно-болотные, имеющие хорошее увлажнение, достаточный запас питательных веществ. Болотные почвы представлены торфянисто-болотными и перегнойноторфянисто-болотными почвами, распространены в днищах логов, в поймах рек, по речным старицам – в условиях слабо проточных или застойных поверхностных и грунтовых вод. Из-за переувлажненности и плохих воднофизических свойств они не используются в сельскохозяйственном производстве и представляют мелиоративный фонд хозяйств. Могут быть использованы как источник органических удобрений, в виде смеси торфа с известью, фосфоритной мукой и прочими растворимыми минеральными удобрениями. Песчаные почвы представлены песками боровыми, вдоль прирусловой поймы Ангары и на ее террасах под сосновыми лесами. Обладают низким плодородием, обеднены гумусом и питательными веществами и очень эрозионно опасны. 1.3.4 Многолетнемерзлые породы и мерзлотные явления Территория в районе расположения водохранилища характеризуется островным распространением многолетнемерзлых пород, глубоким сезонным промерзанием грунтов и широким развитием криогенных процессов и явлений. Многолетнемерзлые породы занимают 20-30% площади. Острова и линзы различной конфигурации достигают нескольких сотен метров, иногда до 2-4 км, а по заболоченным долинам рек их протяженность составляет несколько десятков километров. В мерзлом состоянии в основном находятся рыхлые дисперсные отложения, торфяники, а иногда полускальные породы зоны выветривания. Максимальные мощности мерзлых отложений (до 20 м) наблюдаются в днищах распадков, долин и постепенно уменьшаются к склонам. Верхняя поверхность многолетней мерзлоты находится на заболоченных участках в торфяных отложениях на глубинах 0,5-1,5 м, а в суглинках, супесях, песках и щебнистых грунтах – на 1,5-2,5 м. Многолетнемерзлые дисперсные отложения характеризуются относительно большой льдистостью. Мерзлые аллювиальные образования, представленные суглинками и супесями часто перекрытые сверху торфом, занимают значительные площади. Льдистость в таких грунтах колеблется от 22

10-15 до 40-70 %. С сезонным промерзанием-оттаиванием и многолетней мерзлотой связаны многие криогенные процессы и образования. Среди них наиболее развиты трещинообразование, наледи, пучение, заболоченность, термокарст, солифлюкция: 1) трещинно-полигональный микрорельеф, являясь следствием морозобойного растрескивания грунтов, встречается почти на всех элементах рельефа – водоразделах, пологих склонах, террасах разного уровня Ангары и ее притоков. Приурочен в основном к полям развития рыхлых отложений на породах трапповой и эффузивно-терригенной формаций; 2) речные наледи в районе пользуются значительным распространением и встречаются в долинах крупных рек Тушама, Ката, Едарма, Верх. и Ниж. Кежма, Кутарей, Парта, Кова и Кода, а также по всем мелким рекам и речкам. Подавляющее большинство наледей располагаются по отмелям и перекатам, где речной поток охлаждается наиболее интенсивно, а ледяной покров резко уменьшает живое сечение реки; 3) бугры пучения (многолетние и сезонные) приурочены главным образом к участкам с мощной толщей рыхлых отложений (долины рек, распадки и пади). Бугры пучения имеют неправильную, округлую или слегка овальную форму длиной до 30 м, шириной от 3 до 20 м и высотой не более 3 м. По составу подразделяются на торфяные и торфяно - минеральные; 4) термокарст представлен, как правило, воронками, озерами, провалами. Размеры термокарстовых воронок достигают в диаметре 10-15 м глубиной до 22,5 м. Абсолютное их большинство заполнено водой; 5) широко распространены явления солифлюкции, вызванные медленным оттаиванием верхних слоев сезонномерзлых грунтов в сочетании с их повышенной влажностью у подошвы оттаивающего слоя. В таежных условиях Приангарья в июле мощность протаявшего слоя мерзлых пород на склонах составляет около 0,4-0,5 м. Переувлажненный оттаявший грунт сплывает не только на свободных от растительности участках (оползневые цирки, карьеры, откосы выемок). Нередко сплывами охватываются целые блоки горных пород вместе с кустарником и деревьями размером до 400 м2. Скорость движения грунтовых масс может достигать 3-4 м/сутки. Многолетнемерзлые породы района находятся в неустойчивом термодинамическом равновесии со всем комплексом природной среды и любое нарушение природных условий приведет к интенсификации вышеперечисленных явлений в береговой зоне. 1.3.5 Современные экзогенные процессы Современные экзогенные процессы на территории строительства гидроузла и водохранилища имеют преимущественно природно-техногенный характер. Широкое развитие карбонатных и гипсоносных формаций создает условия для развития процессов карстообразования. Разработка месторождений полезных ископаемых (строительные материалы, песчано-графийные смеси 23

(ПГС), глины, пески и др.) в речной пойме обуславливают локальную антропогенную деформацию ландшафта, изменение микрорельефа, влияют на гидродинамический режим и качество подземных вод. Строительство данного гидроузла сопровождалось целой серией горных разработок (карьеры строительных материалов) в зоне верхнего и нижнего бьефов. Также строительство плотины активизировало оползневые процессы на берегах водохранилища в месте сочленения каменно-набросной плотины и коренного берега. Здесь падение горных пород направлено под русло реки (плотины) и обуславливает широкое развитие оползневых деформаций склонов. Многолетние лесозаготовки в районе строящихся объектов (гидроузел, водохранилище, коммуникационные линии) уже привели к снижению лесистости территории и, вслед за этим, существенной деградации почвогрунтов. А именно, усилился плоскостной смыв твердого материала, снизились инфильтрационные свойства, усилились водная и механическая эрозии, оврагообразование и другие процессы. 1.3.6 Сейсмические особенности Сейсмическая опасность района рассматриваемой береговой зоны данного водохранилища определяется совокупностью сейсмического воздействия от местных и удаленных очагов землетрясений. Структурно-тектоническое строение района определяется широким развитием разломов кристаллического фундамента. Блоковая структура фундамента отчетливо выражается и в строении осадочного чехла. Находясь в зоне сочленения крупнейших структурных элементов Сибирской платформы, район в целом характеризуется высокой геодинамической активностью. Непосредственно створ плотины расположен в пределах тектонического блока, пересекаемого рекой Ангарой в его северной части. С восточной стороны этот блок окаймлен тектоническим нарушением северо-западного простирания, пересекающего под острым углом долину реки. На правом берегу нарушение подчеркивается четко выраженным в рельефе уступом. 1.3.7 Гидрологические особенности По существующей схеме гидрогеологического районирования зона влияния водохранилища почти целиком расположена в Тунгусском артезианском бассейне, примыкая к его южной границе. В пределах зоны влияния водохранилища выделяется 7 водоносных комплексов, приуроченных к породам кембрия, ордовика, карбона, перми, триаса и отложениям четвертичного возраста. Водоносный комплекс отложений юры развит на левобережье Ангары. Подземные воды приурочены к глинистым песчаникам, залегающим среди алеврито-аргиллитовой толщи. Родники редки и малодебитны (0,2-0,5 л/с). 24

Вода повсеместно пресная (0,3-0,6 г/л), гидрокарбонатного щелочноземельного состава. Водоносный комплекс отложений корвунчанской и тутончанской свит нижнего триаса прослеживается по обоим берегам Ангары на восточной половине территории. Водоносность туфогенных пород разнообразна, от 10-25 л/с до 100 л/с. Основная масса водопроявлений отмечена в диапазоне абсолютных отметок 200-300 м. Модуль, родникового стока оценен в 0,1 л/с км2. Химический состав подземных вод гидрокарбонатный щелочноземельнонатриевый. Вниз по разрезу содержание натрия постепенно увеличивается одновременно с повышением минерализация воды с 0,2 до 1,0 г/л. Температура воды находится в пределах 2,0-4,0°С и лишь на участках развития мерзлоты падает до 1,0°С. Водоносный комплекс эксплуатируется десятком скважин, каптирующих воду достаточно высокого качества. Водоносный комплекс отложений пеляткинской и бургуклинской свит перми приурочен к значительным площадям. Выше уреза основных водотоков родники встречаются редко, и дебит их едва достигает 4-8 л/с. Ниже по течению он увеличивается до 1,9 л/с. Водопроводимость этой части водоносного комплекса не выходит за рамки 20- 240 м2/сут. Минерализация вод 0,5-0,6 г/л. Водоносный комплекс отложений катской и тушамской свит карбона распространен преимущественно на нижнем участке акватории. На остальной территории породы карбона погребены под более молодыми отложениями. Основная масса родников располагается в диапазоне отметок 175— 270 м и их дебит находится в пределах 0,2-2,0 л/с. Грунтовые и безнапорные межпластовые воды в основном гидрокарбонатные. Минерализация грунтовых вод не превышает 0,2-0,5 г/л. Для напорных вод она значительно выше – 1,0-5,0 г/л. Водоносный комплекс отложений мамырской свиты ордовика развит в виде трех фрагментов на крыльях Ковинской антиклинали. Водовмещающие породы — песчаники с прослоями алевролитов. Выше уреза р. Ангары наблюдается разгрузка в виде родников и пластовых выходов в основании склонов долин мелких рек. Модуль родникового стока не превышает 0,3 л/с км2. Для этого комплекса характерен гидрокарбонатный магниево-кальциевый состав подземных вод при минерализации, не превышающей 0,4 г/л. Отложения ийской и бадарановской свит обладают самой высокой обводненностью и приурочены, главным образом, к известковистым песчаникам. Здесь повышенный модуль родникового стока (1,40 л/с км2) и большая средняя величина дебитов источников (6,0 л/с). К контакту сильно трещиноватых осадочных пород и монолитных долеритов приурочены все крупнейшие родники с расходом 100-50л/с. Химический состав воды гидрокарбонатный магниево-кальциевый с минерализацией 0,2-0,4 г/л, изредка увеличивающейся до 0,6 г/л. Вода достаточно хорошего качества, умеренно жесткая, без признаков биогенного загрязнения и пригодная для питья. На 25

участке створа плотины этот водоносный комплекс изучен детально. Здесь выделяется наддолеритовый и поддолеритовый горизонты. В наддолеритовом горизонте удельное водопоглощение и коэффициент фильтрации на порядок выше, чем в поддолеритовом. Общим является лишь область высокой проницаемости, прослеживаемая до глубины 50м, ниже наблюдается скачкообразное уменьшение фильтрационных свойств. На самых высоких гипсометрических отметках залегают воды гидрокарбонатного магниевокальциевого состава с минерализацией 0,2 – 0,5 г/л. На глубине примерно 90 м обнаруживаются сульфатные щелочноземельные зоны с минерализацией 2,0 г/л. Водоносный комплекс отложений устькутской свиты нижнего ордовика представлен известняками, доломитами с маломощными прослоями известковистых песчаников, алевролитов и мергелей. Мелкие родники (до 1,0 л/с) связаны с известковыми песчаниками, родники с дебитом 1 - 5 л/с с контактом карбонатных и глинистых пород. Особо крупные выходы подземных вод (до 60 л/с) приурочены к пограничной зоне закарстованных известняков и монолитных долеритов. Крупные водопроявления отмечены в основании склонов долин мелких рек (Черево, Ерма, Нижняя Осиповка, Нижняя Ерма и др.). Поэтому подземный сток практически полностью перехватывается местной речной сетью. Водосный комплекс отложений ильгинской и эвенкийской свит отличает пестрота фациального состава: от мергелей, доломитов, известняков до песчаников алевролитов и аргиллитов. В толще пород выделяются трещинные воды зоны выветривания и трещинно-пластовые воды. Первые циркулируют в отложениях разнообразного литологического состава, располагаясь в зоне экзогенной трещиноватости. Удельный дебит скважин варьирует от 0,04 до 1,9 л/с. Для эвенкийской свиты (наиболее обводненной) характерно широкое развитие закарстованных карбонатных пород. Химический состав воды гидрокарбонатный щелочноземельный с повышенным содержанием сульфатов. Минерализация воды небольшая (0,2-0,4 г/л). С глубиной она быстро нарастает до 2,0-2,5 г/л, причем вода приобретает сульфатный кальциевый состав. Подземные воды экзогенной трещиноватости траппов нижнего триаса связаны с пластовыми интрузиями долеритов мощностью 100-200 м и площадью в десятки квадратных километров. Обводненность траппов очень низкая, родники редки и маломощны (0,3-0,5 л/с). Химический состав трещинных вод достаточно однообразен. Вода по составу гидрокарбонатная, магниево-кальциевая с минерализацией до 0,1 г/л. На рассматриваемой территории отчетливо прослежена вертикальная и площадная гидрохимическая зональности по величине минерализации и химическому составу подземных вод. Зона пресных вод почти полностью соответствует зоне интенсивного водообмена. Здесь господствует резко окислительная обстановка (для 70% случаев концентрация растворенного кислорода достигает 4-10 мг/дм3), слабокислая или нейтральная среда. Мощность зоны пресных вод на большей 26

части территории достигает примерно 150 м. Максимальная ее величина прослеживается на междуречных массивах и прилегающих к ним склонах. В долине Ангары она уменьшается до 50 м. В русловой зоне Ангары, по имеющимся данным, купол соленых вод не выявлен. Зона солоноватых вод (110 г/л) изучена по единичным скважинам. Она представлена сульфатными щелочноземельными (2,0-2,5 г/л), сульфатными натриевыми и сульфатнохлоридными натриевыми водами. Для зоны соленых вод (10-35 г/дм3), характерен хлоридно - натриевый состав. На площади распространения мощной толщи терригенных отложений верхняя граница погружается на глубину 500600 м. 1.3.8 Ландшафтные и биологические особенности Приангарье представлено бореальными среднесибирскими и среднетаежными ландшафтами. Ландшафтная структура на уровне ангарской поймы и территории освоения является крайне гетеротопной. Здесь выделяется чрезвычайно вариабельное сочетание природных, хозяйственных и историкокультурных комплексов. Специфика экологических условий этого региона заключается в том, что здесь сложным образом взаимодействуют, с одной стороны, менее континентальный климат Западной Сибири, с другой, резкоконтинентальный климат бассейна Лены и северо-востока Сибири. В результате этого именно здесь происходит смена типов зональности растительного покрова с образованием особого переходного среднесибирского типа, отличающегося редуцированностью собственно таежных черт и отсутствием самых типичных представителей природного комплекса. Согласно лесорастительному районированию Средней Сибири территория района водохранилища расположена в Ангарской провинции сосновых лесов. Подтип поясности представлен: поясами светлохвойных лесов и горно-таежных темнохвойных лесов. В лесах Красноярского края и западного Приангарья выделяется: 16 типов в сосновых лесах, 13 типов в лиственничных лесах, 10 в еловых лесах, 5 в пихтовых лесах, 9 в березовых лесах, 6 в осиновых лесах. Все выделенные типы объединяются в 8 хозяйственных групп типов леса: лишайниковую, зеленомошную, разнотравную, высокотравную (крупнотравную), папоротниково-хвощовую, долгомошную, сфагновую и травяно-болотную Основные древесные породы – сосна обыкновенная и лиственница сибирская. Древостоями с преобладанием сосны занято 42% площади, с преобладанием лиственницы – 24%. Другие хвойные породы распространены незначительно. Сравнительно широко распространена береза – 16% площади. Местами встречаются осиновые древостои – 3% площади. Естественный растительный покров существенно нарушен проводившимися многолетними лесозаготовительными работами. 27

Многопородный состав, большое количество производных типов леса, пестрота и мозаичность нижних ярусов лесных фитоценозов обусловлены континентальностью климата и частыми низовыми пожарами разной интенсивности. К редким и исчезающим видам растений, занесенным в Красную книгу и произрастающим в районе расположения водохранилища, относятся: башмачок крупноцветковый, лобария легочная и ветреница вильчатая. Животный мир описываемой территории, малоспецифичен, почти лишен эндемических форм и характерен для умеренного пояса Азии. Вместе с тем, здесь обитает примерно 480 видов позвоночных (млекопитающие, птицы, рыбы), из которых наиболее многочислен класс птиц (около 350). В Красную книгу РСФСР и Красные книги более высокого ранга внесено около 40 видов. Регистрируется постоянное проникновение на территорию восточных и западных видов и подвидов животных, в т.ч. сибирской, европейской и китайской фауны. Фауна млекопитающих территории реализации проекта представлена 34 видами животных. Объектами промысловой охоты является 21 вид, из которых основную часть составляют: белка, ондатра, заяц, соболь, горностай, лось. Предельно высоких показателей плотности населения достигает основной промысловый вид Красноярского края - соболь. Из промысловых видов птиц выделяются глухарь, тетерев, рябчик. 28

2 Расчет устойчивости береговой зоны водохранилища 2.1 Аналитический расчет устойчивости береговой зоны Аналитический расчет устойчивости береговой зоны был произведен на примере одного из крупных водохранилищ Красноярского края. Для проведения расчета был рассмотрен ситуационный план местности и береговой зоны водохранилища, находящейся близко к бетонной плотине, представленный на рисунке 2.1 и графическом листе 1. 1 – бетонная плотина, I – I – разрез по участку левобережного склона севернее п.Проспихино, скв. 1 – геологическая скважина (169,8 м), скв. 2 – геологическая скважина (230,0 м) Рисунок 2.1 – Ситуационный план Также при расчете были использованы данные инженерно-геологических изысканий рассматриваемой близи данного гидроузла территории. Они представлены на геологическом разрезе I – I левобережного склона севернее ранее затопленного п. Проспихино, оказавшегося под угрозой затопления при повышении отметки уровня воды в водоеме на этапе создания водохранилища, по которому и производится аналитический расчет устойчивости. Геологический разрез I – I левобережного склона севернее ранее затопленного п. Проспихино представлен на рисунке 2.2 и графическом листе 2. 29

Скв. 1 – геологическая скважина (169,8 м), скв. 2 – геологическая скважина (230,0 м) Рисунок 2.2 – Геологический разрез I – I левобережного склона, расположенного севернее ранее затопленного п. Проспихино

Также на рисунке 2.2 показана отметка уровня воды до формирования водохранилища, которая составляет 140 м и после его наполнения. Отметка после наполнения водохранилища характеризуется как НПУ - проектный уровень водной поверхности, которую может поддерживать данное водоподпорное сооружение (бетонная плотина) при нормальной эксплуатации. Проектная отметка НПУ рассматриваемого водохранилища в настоящее время равна 208 м. Соответственно, при расчете устойчивости будет учитываться настоящая отметка уровня воды. Также в результате изменения уровня водной поверхности изменится положение кривой депрессии и уровень грунтовых вод. Соответствующее положение кривой депрессии на рисунке 2.2 показано пунктирной линией. По данным инженерно-геологических изысканий весь рассматриваемый массив состоит из следующих видов грунта: песчаники полимиктовые от мелко- до среднезернистых, с прослоями и линзами алевролитов и аргиллитов; песок полимиктовый с галькой; песчаники полимиктовые, мелкозернистые, с прослоями алевролитов и мелкогалечного материала. Соответственно, для расчета устойчивости необходимо принять следующие физико-механические свойства для данных видов грунта, представленные в таблице 2.1. Таблица 2.1 - Физико-механические свойства грунтов Наименование грунта Песчаники полимиктовые от мелко- до среднезернистых, с прослоями и линзами алевролитов и аргиллитов Песок полимиктовый с галькой Песчаники полимиктовые, мелкозернистые, с прослоями алевролитов и мелкогалечного материала Плотно Плотно сть сть влажно сухого го грунта грунта скелета скелета 𝜌𝑠 , т/м3 𝜌𝑑 , т/м3 Угол внутреннего трения 𝜑, град (𝑡𝑔𝜑) Коэффициент сцепления, C, т/м2 в естес твен. сост. в водон асыщ. сост в естес твен. сост. Коэф фици ент боков ого в водон давле асыщ. ния 𝜉, д.е. сост Коэф фици ент степе ни консо лидац ии U, д.е. 1,40 1,33 17 (0,31) 15 (0,27) 0,25 0,20 0,65 1 1,62 1,21 28 (0,53) 26 (0,49) 0,27 0,20 0,65 1 1,50 1,23 15 (0,27) 12 (0,23) 0,35 0,30 0,50 1

Как видно из представленных выше материалов, профиль рассматриваемого откоса перекрыт достаточно мощным слоем осадочных пород – песчаников. Именно этот слой будет подвергаться волновой переработке на начальных стадиях формирования береговой зоны водохранилища. Расчетная схема, необходимая для проведения аналитического расчета устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения рассматриваемого участка береговой зоны водохранилища, представлена на рисунке 2.3 и графическом листе 3. Аналитический расчет устойчивости береговой зоны водохранилища производится методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность данного метода – определение наиболее опасных поверхностей скольжения с соответствующими для них наименьшими коэффициентами запаса устойчивости 𝐾з . Если 𝐾з ≥ 1,2, то откос будет устойчивым, если 𝐾з ≤ 1,2 – не устойчивым [1]. Коэффициент запаса устойчивости 𝐾з определяется в соответствии со следующими формулами 2.1 и 2.2: ∑ 𝑀уд 𝐾з = ∑ 𝑀сдв , (2.1) где 𝑀уд – момент удерживающей силы; 𝑀сдв – момент сдвигающей силы. 𝐾з = 𝐸уд 𝐸сдв , (2.2) где 𝐸уд – удерживающая сила; 𝐸сдв – сдвигающая сила. Момент удерживающих сил 𝑀уд и момент сдвигающих сил 𝑀сдв по методу круглоцилиндрических поверхностей имеет одно и то же плечо R. В связи с этим выражение, представленное в формуле 2.1, можно упростить путем сокращения числителя и знаменателя на R и представить как отношение сил удерживающих к силам сдвигающим в пределах возможной области скольжения. Техника расчета такова. Из произвольно взятой точки О описывают дугу окружности радиусом R , проходящую через подошву откоса. Крутизну откоса задают в зависимости от характера грунтов; обычно принимают заложение 1; 1,25; 1,5; 2 и т. д. На вычерченной в масштабе схеме разбивают «призму» скольжения ABC, очерченную дугой радиуса R, на ряд вертикальных отсеков. Схема к определению устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения представлена на рисунке 2.4. 32

Рисунок 2.3 - Расчетная схема аналитического расчета устойчивости береговой зоны методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Рисунок 2.4 – Схема к определению устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения Каждый отсек шириной b (м) рассчитывается по формуле 2.3: 𝑏= 𝑅 𝑚 , (2.3) где 𝑅 – радиус кривой обрушения, м; 𝑚 – число разбиений (обычно 𝑚 = 10, для простоты расчета). Из точки О опускают вертикаль которую принимают за ось нулевого отсека. В остальных отсеках оси проводят как средние линии трапеции, принимая за высоту i-го отсека hi . Общий вес отсека находится по формуле 2.4: 𝐺𝑖 = ℎ𝑖 ∙ 𝜌𝑖 ∙ 𝑏, (2.4) где 𝐺𝑖 – общий вес отсека, т; ℎ𝑖 – средняя линия трапеции, м; 𝜌𝑖 – объемный вес грунта, т/м3. Отсеки нумеруются по порядку, начиная от нулевого. Причем, направление скольжения придает знак минус. С учетом всегда известных величин 𝑚 и 𝑅 находится 𝑠𝑖𝑛 𝛼 и 𝑐𝑜𝑠 𝛼 по формулам 2.5 и 2.6. 𝑠𝑖𝑛 𝛼 = 𝑛𝑖 𝑚 , (2.5)

𝑐𝑜𝑠 𝛼 = √1 − 𝑛𝑖 𝑚 , (2.6) где 𝑛𝑖 – порядковый номер отсека. Формула 2.7 приведена профессором М.М. Гришиным к виду (без учета фильтрационного давления): 𝐾з = [∑ 𝐺𝑖 ∙𝑐𝑜𝑠 𝛼𝑖 ∙𝑡𝑔 𝜑𝑖 +∑ 𝑐𝑖 ∙𝑙𝑖 ] ∑ 𝐺𝑖 ∙𝑠𝑖𝑛 𝛼𝑖 , (2.7) где 𝜑 – расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град.; 𝑐𝑖 – удельное сцепление грунта на кривой скольжения, т/м2; 𝑙𝑖 – длина дуги в каждом i-ом отсеке, м. Как показывает опыт формулу 2.7 можно упростить путем почисленного деления на 𝑏 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. Тогда формула коэффициента запаса устойчивости примет вид, представленный в формуле 2.8: 𝐾з = 𝑙 [∑ 𝜌𝑖 ℎ𝑖 ∙𝑐𝑜𝑠 𝛼𝑖 ∙𝑡𝑔 𝜑𝑖 +∑ 𝑐𝑖 ∙ 𝑖 ] 𝑏 ∑ 𝜌𝑖 ℎ𝑖 ∙𝑠𝑖𝑛 𝛼𝑖 . (2.8) Расчет устойчивости приводится в табличной форме. Ширина каждого отсека первой кривой обрушения будет равна: 𝑏= 28,20 10 = 2,82 м. Величины 𝑅, 𝑚, 𝑏 – постоянные. Сцепление с тоже будет постоянное при однородном грунте. Если первая попытка дает завышенный результат и 𝐾з ≥ 1,2, то выбирают другой центр кривой скольжения или описывают кривую другим радиусом. Результаты аналитического расчета устойчивости откоса первой кривой обрушения представлены в таблице 2.2, на рисунке 2.3 и графическом листе 3. ∑ 𝑐𝑖 ∙𝑙𝑖 𝑏 𝐾з = = 11,178 2,82 = 3,964. 41,561+3,964 14,094 = 3,230. Так как расчетный коэффициент запаса устойчивости 𝐾з = 3,230 получился больше нормативного значения 1,2, следовательно, данный откос береговой зоны будет устойчив. Поэтому необходимо выбрать другой центр кривой скольжения и описать кривую дуги новым радиусом на рассматриваемом массиве. 35

Таблица 2.2 – Результаты аналитического расчета устойчивости откоса для первой кривой обрушения № от се ка -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Значение характеристик (при 𝑅 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑚 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑏 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) ∑ 𝜌ℎ ℎ 𝜌 1,2 3,6 6,0 7,2 7,2 7,8 7,8 6,6 4,8 1,2 𝜌ℎ 1,62 1,944 5,832 9,720 11,664 11,664 12,636 12,636 10,692 7,776 1,944 ∑ 𝜌ℎ 86,508 𝑡𝑔 𝜑 0,53 𝑠𝑖𝑛 𝛼 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 𝑐𝑜𝑠 𝛼 1,140 1,095 1,049 1,000 0,949 0,894 0,837 0,775 0,707 0,632 ∙ 𝑡𝑔 𝜑 ∙ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 41,561 ∑ 𝜌ℎ 𝑙 𝐶𝑙 4,2 4,2 4,2 3,6 3,6 3,6 4,2 4,2 4,8 4,8 1,134 1,134 1,134 0,972 0,972 0,972 1,134 1,134 1,296 1,296 ∙ 𝑠𝑖𝑛 𝛼 14,094 Ширина каждого отсека второй кривой обрушения будет равна: 𝑏= 30 10 = 3 м. Результаты аналитического расчета устойчивости с описанием данных второй кривой скольжения на поверхности откоса представлены в таблице 2.3, на рисунке 2.3 и графическом листе 3. Таблица 2.3 – Результаты аналитического расчета устойчивости откоса для второй кривой обрушения № от се ка -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Значение характеристик (при 𝑅 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑚 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑏 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) ∑ 𝜌ℎ ℎ 𝜌 1,2 9,0 19,8 22,8 22,2 21,6 20,4 18,0 14,4 8,4 ∑ 𝜌ℎ 1,50 𝑐𝑖 ∙𝑙𝑖 𝑏 = 1,800 13,500 29,700 34,200 33,300 32,400 30,600 27,000 21,600 12,600 17,220 3 ∑ 𝜌ℎ 236,70 𝑡𝑔 𝜑 0,27 𝑠𝑖𝑛 𝛼 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 = 5,740. 36 𝑐𝑜𝑠 𝛼 1,049 1,000 0,949 0,894 0,837 0,775 0,707 0,632 0,548 0,447 ∙ 𝑡𝑔 𝜑 ∙ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 49,490 ∑ 𝜌ℎ 𝑙 𝐶𝑙 1,8 3,0 3,6 4,2 4,2 4,2 4,8 5,4 6,0 12,0 0,630 1,050 1,260 1,470 1,470 1,470 1,680 1,890 2,100 4,200 ∙ 𝑠𝑖𝑛 𝛼 89,280

𝐾з = 49,490+5,740 89,280 = 0,619. Так как расчетный коэффициент запаса устойчивости 𝐾з = 0,619 получился ниже нормативного значения 1,2, следовательно, данный откос береговой зоны по полученному радиусу будет обрушаться. По результатам проведенного расчета и выполненных построений можно сделать вывод, что рассматриваемый откос береговой зоны водохранилища, расположенный на левобережном склоне севернее ранее затопленного п. Проспихино, будет не устойчив. Поэтому для укрепления береговой зоны рассматриваемого левобережного склона необходимо применение укрепляющих инженерных сооружений, чтобы избежать его обрушения и предотвратить создания ударной волны, которая может разрушить бетонную плотину данного водохранилища. Для более детального расчета устойчивости данного откоса было принято решение выполнить численное моделирование расчета устойчивости для той же береговой зоны водохранилища. Численное моделирование расчета устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения по сравнению с аналитическим расчетом устойчивости учитывает положение кривой депрессии и выход её в нижний бьеф. Соответственно, расчет устойчивости, произведенный с помощью численного моделирования, будет более точным, и радиусы поверхностей скольжения будут максимально приближены к возможным реальным радиусам обрушения на данной местности. 2.2 Численное моделирование расчета устойчивости круглоцилиндрических поверхностей скольжения методом Численное моделирование расчета устойчивости было произведено для той же береговой зоны водохранилища Красноярского края, что и при расчете устойчивости аналитическим способом. Для проведения данного расчета был использован тот же геологический разрез рассматриваемого участка, находящегося севернее на левобережном склоне ранее затопленного п. Проспихино, представленный на рисунке 2.2, но с отметкой водной поверхности и положением кривой депрессии характерными для водохранилища после всех этапов его заполнения и затопления больших объемов прилегающих к нему территорий прибрежной зоны. Расчет устойчивости береговой зоны рассматриваемого участка выполнен по методике «Расчет устойчивости. Методические указания для выполнения лабораторных и практических работ» [1]. Расчет устойчивости береговой зоны выполнен методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность данного метода: определение наиболее опасных поверхностей скольжения с соответствующими для них наименьшими коэффициентами запаса устойчивости (𝐾з - отношение суммы удерживающих сил к сумме 37

сдвигающих сил). Если 𝐾з ≥ 1,2, то откос будет устойчивым, если 𝐾з ≤ 1,2 – не устойчивым [1]. Составление расчетной схемы. Расчетная схема для численного моделирования расчета устойчивости рассматриваемой береговой зоны методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения представлена на рисунке 2.5. На рисунке 2.5 показаны ломаными линиями поверхность откоса, границы слоев грунта и кривая депрессии. При проведении расчета локальных минимумов в заданных областях откоса показываются также круглоцилиндрические поверхности для начала поисков минимумов. Чертеж располагается в 1 квадранте декартовых координат. Направление оси абсцисс от бровки откоса к подошве, оси ординат – снизу вверх. На чертеже должны быть обозначены вертикальные границы (левая и правая) и нижняя граница расчетной области. Нижняя граница должна быть доведена до обеих вертикальных границ. В случае если основание является практически бесконечной толщей нескального грунта (более 3Н), нижняя граница принимается на глубине не менее 1,5Н от отметки подошвы откоса (Н – высота откоса); все размеры принимаются в метрах. При наличии в основании прочного скального грунта нижняя граница принимается по его поверхности. Расстояние до вертикальных границ чертежа рекомендуется принимать от 1,5 до 2Н от подошвы откоса по направлению оси абцисс и 1,5–2 Н от бровки откоса – в обратном направлении. При расчете откосов намывных накопителей левая боковая граница должна включать прудковую зону на расстояние не менее 1,5–2Н. Не допускается обрывать ломаные линии поверхности откоса, кривой депрессии и незамкнутых границ слоев, не доводя их до границ чертежа. Нумерация слоев грунта производится от вышележащих слоев к нижележащим. Вертикальная линия, проведенная в какой-либо точке чертежа, не должна пересекать слой с большим номером выше слоя с меньшим номером. Границей слоя грунта считается ломаная линия, ограничивающая его снизу. Крайние точки границы каждого слоя должны быть расположены на ломаных линиях поверхности откоса, на границах пронумерованных выше слоев или на вертикальных границах. Не допускается, чтобы граница слоя пересекалась вертикальной линией дважды. В случае, если конфигурация какого-либо слоя не отвечает указанным условиям, его следует условно разделить на два или несколько слоев. Кривая депрессии изображается непрерывной ломаной линией. Крайние точки должны располагаться на вертикальных границах чертежа. На участке, где откос затоплен, за линию кривой депрессии принимается уровень воды. 38

I – песчаники полимиктовые от мелко- до среднезернистых, с прослоями и линзами алевролитов и аргиллитов; II - песок полимиктовый с галькой; III - песчаники полимиктовые, мелкозернистые, с прослоями алевролитов и мелкогалечного материала. Поверхность откоса - № 1-8, 15, 9, граница слоя I – № 10, 11, 3, граница слоя II - № 3, 12, 13, граница слоя II - № 6, 14, 15, граница слоя III – 16, 17, кривая депрессии - № 18-23, 14, 15, 9, левая граница сечения - №1, 18, 10, 16, правая граница сечения - № 9, 17. Рисунок 2.5 – Расчетная схема рассматриваемой береговой зоны

На чертеже нумеруются (1, 2, 3, …..) без пропусков все точки переломов ломаных линий на поверхности откоса, на кривой депрессии, на границах слоев грунта, (нижняя граница), а также точки пересечения этих линий с вертикальными границами чертежа. Порядок нумерации произвольный. Для каждой из пронумерованных точек определяются в масштабе чертежа их координаты Х и У. Если случайно пронумерованы лишние точки, которые в дальнейшем при подготовке исходных данных не будут включены в описание ломаных линий, то нумерацию можно не исправлять, так как указанные точки автоматически исключаются из расчета. В случае необходимости проведения расчетов в заданных областях откоса на чертеже должны быть показаны круглоцилиндрические кривые для начала поиска локальных минимумов. Для каждой из них определяются координаты Х и У трех точек – левой и правой точек выхода кривой на поверхность откоса и промежуточной точки. В общую нумерацию указанные точки можно не включать. Расстояние по оси абцисс от промежуточной точки до крайней левой и правой точек следует принимать примерно одинаковым. Координаты точек пересечения круглоцилиндрических кривых с поверхностью откоса определяются по масштабу чертежа; необходимости в их точном вычислении нет. Уточнение производится автоматически в ходе расчета. Подготовка исходных данных к расчету. В первую строку вводятся общее количество пронумерованных точек чертежа (формат I3), количество слоев грунта (формат I3), коэффициент сейсмичности (формат F7.4), признак поиска минимума (формат I3), коэффициент запаса устойчивости (формат F4.2), любой текст - например, название сооружения, шифр чертежа и т.п. (формат 13А4). Количество символов текста должно быть не более 60. Во второй строке приводится количество точек ломаной линии поверхности откоса (формат I2). В третьей строке указываются номера точек поверхности откоса по направлению оси Х (формат 12I3). Если точек более 12, то остальные вводятся в следующую строку по тому же формату. Четвертым параметром является количество точек кривой депрессии (формат I2). Пятым параметром являются номера точек кривой депрессии по направлению оси Х (формат 12I3). Если точек более 12, то остальные точки вводятся в следующую строку по тому же формату. Шестым параметром являются координаты точек (Х и У) чертежа в порядке их нумерации (формат 10F7.2). В строку вводятся координаты 5 точек. Седьмым параметром являются описание слоев грунта в порядке нумерации слоев. В следующую строку записывается количество точек ломаной нижней линии границы слоя (формат I2). В следующую строку вводятся номера этих точек по направлению оси Х (формат I3). В следующую строку записываются показатели физикомеханических свойств грунта для грунта во влажном и водонасыщенном

состоянии: плотность (формат 2F5.2), тангенс угла внутреннего трения (формат 2F5.2), коэффициент сцепления (формат 2F6.2), коэффициент бокового давления грунта (формат 2F5.2), коэффициент степени консолидации грунта (формат 2F5.2). Если показатель грунта не меняется при его водонасыщении, то записываются два одинаковых числа. В качестве восьмого параметра в новую строку вводится количество задаваемых исходных кривых (формат I2). В случае, если производится только автоматический поиск - записывается 0. В качестве девятого параметра в новую строку вводятся номера точек бровки гребня и подошвы откоса (формат 2I3) для автоматического задания кривых. В качестве десятого параметра с новой строки вводятся координаты (Х и У) трех точек (формат 6F7.2) описания всех задаваемых кривых - левой (выход кривой на поверхность откоса), средней и правой (выход на поверхность) [1]. Для численного моделирования расчета устойчивости рассматриваемого откоса приняты следующие физико-механические свойства для данных видов грунта, представленные в таблице 2.1. Исходные данные, необходимые для численного моделирования расчета устойчивости, по которым и будет производиться с помощью графического пакета SURFER построение кривых обрушения данного откоса, представлены в Приложении А. Результаты расчета устойчивости рассматриваемой береговой зоны, обработанные в графическом пакете, представлены на рисунке 2.6 и графическом листе 4. На полученной расчетной схеме ломаными линиями показаны поверхность данного откоса, границы слоев грунта, положение кривой депрессии, а также радиусы кривых обрушения. Результаты численного моделирования расчета устойчивости с полученными расчетными значениями коэффициентов запаса устойчивости без учета и с учетом сейсмических сил и кривых обрушения рассматриваемой береговой зоны водохранилища представлены в таблице 2.4. Также возможные коэффициенты запаса устойчивости для полученных кривых обрушения с указанием координат радиусов и центров кривых представлены в Приложении Б. Таким образом, по результатам численного моделирования расчета устойчивости видно, что все значения коэффициентов запаса устойчивости для полученных кривых обрушения ниже нормативного значения 𝐾з ≤ 1,2 [10]. Следовательно, можно сделать вывод, что рассматриваемый откос береговой зоны водохранилища будет не устойчив. Поэтому для укрепления береговой зоны вблизи данного гидроузла необходимо применение укрепляющих инженерных сооружений, чтобы избежать его обрушения. 41

1 – песчаники полимиктовые от мелко- до среднезернистых, с прослоями и линзами алевролитов и аргиллитов; 2 - песок полимиктовый с галькой; 3 - песчаники полимиктовые, мелкозернистые, с прослоями алевролитов и мелкогалечного материала. Рисунок 2.6 – Результаты численного моделирования расчета устойчивости береговой зоны водохранилищ 42

Таблица 2.4 – Результаты численного моделирования расчета устойчивости береговой зоны водохранилища Радиус кривой обрушения, м 9,610 19,000 25,410 36,590 Коэффициенты запаса устойчивости без учета сейсмических сил с учетом сейсмических сил метод моментов метод гориз.сил метод моментов метод гориз.сил способ способ способ способ способ способ способ способ вес.давл бок.давл вес.давл бок.давл вес.давл бок.давл вес.давл бок.давл 0,152 0,103 0,071 0,006 0,134 0,087 0,058 0,004 0,181 0,024 0,170 0,013 0,147 0,009 0,136 0,001 0,189 0,020 0,183 0,019 0,144 0,002 0,136 0,002 0,144 0,030 0,119 0,015 0,112 0,013 0,091 0,002 2.3 Расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону Расчет и определения параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону рассматриваемого водохранилища выполнен в соответствии с ОДМ 218.2.078 - 2016 «Методическими рекомендациями по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования» [11]. Волновые нагрузки (ветровые волны) - колебательные движения воды, вызванные ветром при его воздействии на свободную поверхность. Расчетные элементы волны – это элементы волны заданной обеспеченности в системе расчетного шторма, принятые в соответствии с типом откоса. Длина разгона волны L - протяженность охваченной ветром акватории, измеренная по направлению ветра до расчетной точки. Высота ветровой волны ℎ0 - превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле. Длина ветровой волны 𝜆в - горизонтальное расстояние по лучу волны между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле. Основные элементы ветровых волн, принимаемые для определения волновых нагрузок и воздействий волн на откос береговой зоны, представлены на рисунке 2.7. Параметры ветровых волн при недостаточности или отсутствии данных инженерно-гидрометеорологических изысканий можно определять расчетом по зависимостям СП 38.13330.2012 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» [17] или по данным номограмм и таблиц Отраслевого дорожного методического документа (ОДМ) 218.2.078 – 2016 [11]. Длина разгона волны L (м) определятся в соответствии с формулой 2.9: 𝐿 = 𝑘𝑣𝑖𝑠 ∙ 𝜈 𝑉𝑤 , (2.9) где 𝐿 – длина разгона волны, м, при 𝐿 ≤ 𝐿𝑢 ; 43

𝐿𝑢 – предельный разгон волны, м; 𝑘𝑣𝑖𝑠 – переводной коэффициент, 𝑘𝑣𝑖𝑠 = 5 ∙ 106 ; 𝜈 – коэффициент кинематической вязкости воздуха, 𝜈 = 10−5 м2 /с; 𝑉𝑤 – расчетная скорость ветра, м/с. 𝜆в – длина ветровой волны; ℎ0 – высота ветровой волны; ℎс – глубина воды в приоткосной зоне; ℎн – высота наката расчетной ветровой волны на откос; РУВВ – расчетный уровень высокой воды; 𝜑 – угол наклона откоса к горизонту; 1 – земляное полотно; 2 – свободная поверхность воды в условиях штиля; 3 – свободная поверхность воды в условиях шторма. Рисунок 2.7 – Элементы ветровых волн в приоткосной зоне Расчетная скорость ветра 𝑉𝑤 ориентировочно принимается по таблице Б.2 ОДМ 218.2.078 – 2016 [11] по величине фактической скорости ветра 𝑉1 в зависимости от характеристики местности (их принимаю следующие: открытые акватории, пустыни, степи, лесостепи, тундра) и равна 𝑉𝑤 = 20,8 м/с при 𝑉1 = 22 м/с. Так значение длины предельного разгона волны 𝐿𝑢 (м) определяется по таблице А.1 СП 38.13330.2012 [17] и равно 1,6 м при заданной расчетной скорости ветра 𝑉𝑤 = 20,8 м/с. 𝐿 = 5 ∙ 106 ∙ 10−5 20,8 = 2,4 м. Ориентировочные значения элементов ветровых волн в зависимости от длины разгона волны L (м) и расчетной скорости ветра 𝑉𝑤 (м/с) были приняты по таблице Б.1 ОДМ 218.2.078 – 2016 [11]. Средние значения элементов ветровых волн для данного водохранилища представлены в таблице 2.5. Таблица 2.5 - Средние значения элементов ветровых волн рассматриваемого водохранилища 𝐿, км 𝑉𝑤 , м/с 3,0 20 ℎс , м 5 44 Элементы ветровых волн ℎ0 , м 1,3 𝜆в , м 12,8

Высота наката ветровой волны на откос ℎн (м) ориентировочно принимается по таблице Б.3 ОДМ 218.2.078 – 2016 [11] и равна ℎн = 0,7 м при заданной расчетной скорости ветра 𝑉𝑤 = 20,8 м/с. Соответственно, по результатам проведения данного расчета и определения параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону, можно сделать вывод, что от уровня НПУ=208 м рассматриваемого водохранилища на высоту 0,7 м (накат ветровой волны) возможно поднятие уровня воды в теле береговой зоны при возникновении ветровых волн. Следовательно, увеличатся объемы затопления прилегающих к водохранилищу территорий, и в ещё большей степени будет подвержена обрушению часть данного рассматриваемого откоса. Значит необходимо рационально подойти к выбору укрепляющих и защитных от волнового воздействия инженерных мероприятий для данной береговой зоны с учетом всех этих особенностей. 45

3 Мероприятия для укрепления береговой зоны водохранилища 3.1 Существующие технические решения Для предотвращения обрушения рассматриваемой береговой зоны данного водохранилища необходимо предусмотреть ряд мероприятий, способствующих укреплению откоса и защиты его волнового воздействия. В данной бакалаврской работе в качестве предлагаемых мероприятий рассматриваю два берегозащитных устройства. Первое устройство представляет собой заглубленную консольную подпорную стенку, расположенную вдоль внешней границы защищаемой береговой зоны водоема, и самотечную дренажную систему, находящуюся на стороне защищаемой территории параллельно подпорной стенке. Устройство предложено из патента Никляева Юрия Ивановича «Устройство для защиты береговых территорий от разрушения в условиях переменного уровня воды в водоеме» [12]. Цель данного изобретения - укрепление откоса, подверженного обрушению в результате волнового воздействия и при повышении отметки уровня воды на этапе создания водохранилища. Также с помощью этого устройства обеспечивается перехват и отвод грунтового потока в водохранилище и поступающих атмосферных осадков (дожди, таяние снега) с целью повышения сейсмической устойчивости берегозащитного устройства, осушения откоса и снижения гидродинамического давления на подпорную стенку. Схема применения данного устройства на территории береговой зоны представлена на рисунках 3.1 и 3.2. Устройство включает заглубленную консольную подпорную стенку, глубокую самотечную дренажную систему и вертикальный дренажный колодец. Заглубленная консольная подпорная стенку располагается параллельно щелевому дренажу на расстоянии от него не менее 5 м, глубиной на расчетный уровень, ниже уровня в промежутке до минимального уровня воды в водохранилище или защемленную в водоупор. Верх стенки имеет отметку, равную максимальному уровню воды в водохранилище плюс расчетная высота волны по направлению. Глубокая самотечная дренажная система состоит из щелевого дренажа глубокого заложения на защищаемой территории, заглубленного с учетом исходного уровня грунтовых вод и пониженного уровня на расчетную глубину, ориентированную по максимальному активному давлению грунта на консольную часть стенки. Вертикальный дренажный колодец располагается по трассе щелевого дренажа (в количестве не менее двух штук с расстоянием между ними на расчетную гидравлическую зависимость) и соединяется с отводящей дренажную воду горизонтальной скважиной, пробуренной через стенку 46

колодца и консольную подпорную стенку с уклоном в сторону водоема и заглубленной концевой частью под уровень воды на максимальную толщину ледового покрова в водоеме. 1 – защищаемая территория, 2 – щелевой дренаж, 3 – вертикальный дренажный колодец, 4 – самотечная горизонтальная скважина, 5 – консольная подпорная стенка, 6 – постройки, 7 – минимальный уровень воды в водохранилище, 8 – нормальный уровень воды в водохранилище, 9 – максимальный уровень воды в водохранилище, 10 – обводненный грунтовый массив, 11 – водоупор, 12 – утраченная территория, 13 – исходный уровень грунтовых вод, 14 – направление волны, 15 – направление фильтрационного потока грунтовых вод, 16 – береговая граница, 17 – расчетный динамический уровень грунтовых вод, 18 – дно щелевого дренажа, 19 – водовыпускные отверстия, 20 – сетчатые плоские фильтры Рисунок 3.1 – Схема применения монолитной подпорной стенки и самотечной дренажной системы Дренажный колодец состоит из заглубленной цилиндрической формы корпуса, днища на уровне дна щелевого дренажа с уклоном в сторону водовыпускного отверстия, проходящего через стенку колодца со стороны водоема, двух водовпускных отверстий с сетчатыми плоскими фильтрами, расположенными в стенке колодца в местах примыкания щелевого дренажа. Данное устройство работает следующим образом. При наполнении водоема до максимального паводкового уровня влияние его распространяется на расчетный уровень грунтовых вод в обводненном грунтовом массиве защищаемой территории соответственно до уровня, а высота ветровой волны по направлению достигает своего максимума. Консольная подпорная стенка, заглубленная в защищаемую территорию на расчетную глубину ниже уровня или в водоупор, перекрывает фильтрационный поток грунтовых вод заглубленной частью в виде сплошной 47

противофильтрационной завесы, а верхней консольной частью, выступающей выше уровня, защищает берег водоема от волнобойного разрушения и грунтовыноса. 1 – защищаемая территория, 2 – щелевой дренаж, 3 – вертикальный дренажный колодец, 4 – самотечная горизонтальная скважина, 5 – консольная подпорная стенка, 6 – постройки, 12 – утраченная территория, 14 – направление волны, 15 – направление фильтрационного потока грунтовых вод, 16 – береговая граница Рисунок 3.2 – Вид сверху монолитной подпорной стенки и самотечной дренажной системы При опорожнении водоема до нормального уровня заглубленная в защищаемую береговую территорию на расчетную глубину, ориентированную по максимальному активному давлению грунта на консольную часть стенки, самотечная дренажная система глубокого заложения, снижает уровень грунтовых вод на защищаемой территории до расчетного динамического уровня. При этом грунтовая вода из водовмещающего массива защищаемой территории по направлению фильтрационного потока, самотеком попадая в щелевой дренаж, снижает свой уровень, соответственно, величине разности коэффициента фильтрации водовмещающих пород и фильтрующего материала засыпки дренажной щели. Снижение уровня воды в щелевом дренаже происходит согласуясь с уровнем воды в водоеме от максимального уровня в водохранилище до нормального уровня через дренажный колодец и водоотводящую самотечную горизонтальную скважину следующим образом: из щелевого дренажа через вертикальный дренажный колодец, оборудованный двумя сетчатыми фильтрами на входе воды и водовыпуском на выходе, 48

грунтовая вода самотеком по горизонтальной скважине попадает в водоем за счет разности уровней исходного и нормального в водоеме. В этих условиях суффозионного выноса грунта из береговой части обводненного грунтового массива защищаемой территории не происходит [10]. Недостатком этого устройства является недостаточная обоснованность расположения горизонтального отводящего канала сквозь консольную подпорную стенку для снижения уровня грунтовых вод и сброса перехваченного грунтового потока в водохранилище. В качестве второго мероприятия предложено устройство из патента Преснова Олега Михайловича и Стороженко Никиты Юрьевича «Противооползневое сооружение» [13]. Второе устройство представляет собой противооползневую конструкцию. Противооползневое сооружение включает анкеры, заглубленные в несмещающийся грунт ниже поверхности скольжения и имеющие шахматное расположение в плане. Анкеры выполнены в виде буронабивных свай, установленных в устойчивые слои грунта. При этом в нижней части откоса поперек склона или возможного направления оползня дополнительно установлен ряд буронабивных свай, объединенных низким ростверком, с возможностью удержания откоса с наибольшими напряжениями внизу. По верху откоса дополнительно установлена георешетка, закрепленная на поверхности грунта с помощью Г- или П-образных нагелей или с помощью пластмассовых анкерных крюков. Цель этого изобретения – укрепление откоса и предотвращение возникновение обрушения береговой зоны в тех местах, где расположены возможные кривые обрушения и не оказывают воздействия на откос волновые нагрузки. Схема применения данного устройства на территории береговой зоны представлена на рисунках 3.3 и 3.4. 1 – буронабивные сваи, 2 – устойчивые слои грунта, 3 – поверхности скольжения, 4 – низкий ростверк, 5 – георешетка, 6 - Г- или П-образные монтажные нагели Рисунок 3.3 – Схема применения противооползневой конструкции 49

1 – буронабивные сваи, 4 – низкий ростверк, 5 – георешетка, 6 - Г- или П-образные монтажные нагели Рисунок 3.4 – Вид сверху противооползневой конструкции Противооползневое сооружение содержит буронабивные сваи, установленные в устойчивые слои грунта ниже поверхности скольжения, с расположением в шахматном порядке. В нижней части откоса поперек склона или возможного направления оползня установлен ряд буронабивных свай, объединенных низким ростверком, обеспечивающим удержание откоса с наибольшими напряжениями внизу. По верху откоса установлена георешетка, закрепленная на поверхности грунта, например, с помощью Г- или П-образных монтажных нагелей (анкеров) длиной от 70 до 110 см, изготовленных из арматуры диаметром 10-12 мм. Вместо указанных нагелей могут быть использованы также пластмассовые анкерные крюки [13]. Недостатком этого устройства является достаточно высокая трудоемкость и высокая материальная затратность. 3.2 Предлагаемые технические решения Непосредственно установка всех берегоукрепляющих инженерных сооружений на рассматриваемом участке откоса производится до наполнения водохранилища и возникновения затопления прилегающих к нему береговых зон. Также в зависимости от инженерно-геологических, гидрологических условий, физико-механических свойств грунта у каждого элемента конструкции будет свое месторасположение на защищаемой территории и заглубление. В связи с вышеуказанными недостатками рассмотренных патентов представляется разумным доработать и усовершенствовать данные устройства 50

и применить их к конкретной территории рассматриваемой береговой зоны водохранилища с уменьшением трудоемкости установки конструкций и количества материальных затрат. Применение мероприятий по укреплению откоса на участке левобережного склона севернее п. Проспихино представлено на рисунках 3.5, 3.6, 3.7 и графическом листе 5. 1 – подпорная стенка, 2 – щелевой дренаж, 3 – вертикальные дренажные колодцы, 4 – плоский фильтр-решетка, 5 – горизонтальные отводящие каналы, 6 – скважины, наполненные золобетонным раствором, 7 – георешетка, 8 – П-образные нагели Рисунок 3.5 – Схема применения укрепляющих мероприятий на конкретной территории Сущность предлагаемой конструкции заключается в следующем. Первоначальным этапом является установка подпорной стенки из железобетона, которая располагается вдоль береговой зоны водоема протяженностью в 1,5 км и обеспечивает ограждение береговой зоны от деформативного воздействия волн со стороны водохранилища. А также предотвращает возникновение обрушения береговой зоны и минимизирует вероятность возникновения гидродинамических повышений уровня воды, что является недопустимым при эксплуатации гидротехнического сооружения. Установка подпорной стенки происходит таким образом. Изначально устанавливается монолитная бетонная плита на глубину, определяемую в соответствии с положением стабильных грунтов, которые не подвержены пучению, расплыванию и т.д. и способны выдержать нагрузки от установки 51

бетонных плит. Далее поверх бетонной плиты происходит установка яруса из железобетонных блоков с образованием между ними зазоров для обеспечения прокладки отводящих труб из дренажных колодцев. Для фиксирования положения трубы полученные пустые образования между блоками заливаются бетонным раствором. Также с помощью этого можно предотвратить поступление воды из водохранилища на защищаемый откос. Затем поверх ярусной укладки бетонных блоков устанавливается монолитная бетонная плита для обеспечения устойчивости конструкции и возможного предотвращения сдвигов бетонных блоков. 1 – подпорная стенка, 2 – щелевой дренаж, 3 – вертикальные дренажные колодцы, 5 – горизонтальные отводящие каналы Рисунок 3.6 – Разрез А-А укрепляющей конструкции Верх подпорной стенки имеет отметку равную максимальному уровню воды в водоеме (отметка НПУ составляет 208 м), суммированную с расчетной высотой наката ветровой волны. В данном случае высота верха подпорной стенки будет находиться примерно на уровне 209,7 м. На расстоянии от подпорной стенки не менее 5 метров и вдоль неё производится установка щелевого дренажа и вертикальных дренажных колодцев, которые располагаются на глубину в зависимости от положения кривой депрессии или уровня грунтовых вод на рассматриваемой территории. Щелевой дренаж и вертикальные дренажные колодцы обеспечивают перехват фильтрационного потока для предотвращения его высачивания на откос береговой зоны водохранилища и разгрузку давления этого потока на бетонную подпорную стенку, что обеспечивает её устойчивость со стороны возможного движения грунта. Параметры дренажных коллекторов задаются в зависимости от расхода фильтрационного потока 𝑞. 52

6 – скважины, наполненные золобетонным раствором, 7 – георешетка, 8 – П-образные нагели Рисунок 3.7 – Разрез Б-Б укрепляющей конструкции Наверху дренажных колодцев необходимо предусмотреть плоский фильтр-решетку, чтобы предотвратить засорения дренажных колодцев камнями, стоками, частицами грунта и т.д. От водовыпускного отверстия в стенке каждого дренажного колодца устанавливаются отводящие горизонтальные каналы, проходящие сквозь подпорную стенку в установленные между бетонными блоками зазоры, с уклоном в сторону водохранилища, заглубленные под уровень воды. Затем на участке, находящемся выше по откосу, чем щелевой дренаж и вертикальные дренажные колодцы, происходит выработка скважин, имеющих в плане шахматное расположение, и заполнение их экономически выгодным материалом - золобетоном. Предложенный материал превосходит остальные материалы по прочностным свойствам. Смесь золошлака и цемента – это решение, которое способствует возможности применения твердых отходов от котлоагрегатов электростанций, котельных и других предприятий в качестве вторичного ресурса в природоохранных мероприятиях. Скважины бурятся на такую глубину, которая соответствует радиусу «наихудшей» кривой обрушения по результату численного моделирования расчета устойчивости, по которой рассматриваемый откос явно будет обрушаться. На данной местности эта глубина составляет 10 метров. Затем по верху откоса и пробуренных скважин, наполненных золобетоном, накладывается георешетка, состоящая из перфорированных лент, выполненных в виде «сот», и прикрепляется к поверхности откоса анкерными П-образными крюками. Георешетка в совокупности с установкой заполненных золобетоном скважин, щелевой дренаж, вертикальные дренажные колодцы и подпорная стенка способствуют укреплению части откоса, подверженного обрушению, тем самым обеспечивая его устойчивость. 53

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполнения данной бакалаврской работы были рассмотрены общие сведения о водохранилищах, их различные классификации и особенности района расположения рассматриваемого гидроузла. Выявлена основная цель создания водохранилищ – это регулирование речного стока водного объекта, его накопление с применением установленных гидротехнических сооружений, и последующее рациональное использование запасов водных ресурсов в интересах различных отраслей хозяйства, таких как гидроэнергетика, водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий, судоходство, рыбное хозяйство, мелиорация, рекреация и т.д. Были рассмотрены основные проблемы, возникающие при создании водохранилищ. На этапе создания искусственных водоемов на территориях, где грунты недостаточно изучены и слабо проведены инженерно-геологические изыскания, происходит затопление больших объемов прилегающих к водохранилищу территорий. А затопление территорий приводит к возникновению большого количества следующих проблем, таких как: изменение геологического строения котловины, изменение климатических условий, изменение режима уровней грунтовых вод, изменение почвенного покрова и растительности, изменение образа жизни животных, влияние на населенные пункты. Также одной из глобальных проблем при затоплении территорий является нарушение динамического равновесия и обрушение береговой зоны водохранилища, расположенной близко к плотине. В результате этого могут произойти гидродинамические повышения уровня воды, что является недопустимым при эксплуатации гидротехнического сооружения. Поэтому для предотвращения возникновения данной проблемы, был произведен аналитический расчет устойчивости береговой зоны водохранилища и численное моделирование расчета устойчивости для проведения более точного и детального расчета и выявления реальных показателей кривых обрушения. В ходе аналитического расчета устойчивости береговой зоны водохранилища методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения было выполнено построение расчетной схемы, позволяющее определить положение кривых скольжения и выявить возможные радиусы обрушения рассматриваемого откоса. Расчетный коэффициент запаса устойчивости по результатам аналитического расчета получился 𝐾з = 0,619, что ниже нормативного значения 1,2. Следовательно, можно сделать вывод, что данный откос береговой зоны будет обрушаться по полученной кривой скольжения. Также было выполнено численное моделирование расчета устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. По результатам численного моделирования получились следующие минимальные значения коэффициентов запаса устойчивости без учета сейсмических сил: при 𝑅 = 9,610 м 𝐾з = 0,006, при 𝑅 = 19 м 𝐾з = 0,013, при 54

𝑅 = 25,410 м 𝐾з = 0,019, при 𝑅 = 35,590 м 𝐾з = 0,015, с учетом сейсмических сил: при 𝑅 = 9,610 м 𝐾з = 0,004, при 𝑅 = 19 м 𝐾з = 0,001, при 𝑅 = 25,410 м 𝐾з = 0,002, при 𝑅 = 35,590 м 𝐾з = 0,002. Результаты выполнения аналитического расчета и численного моделирования показывают, что рассматриваемый откос береговой зоны будет не устойчив. Поэтому для укрепления береговой зоны вблизи данного гидроузла была предложена установка укрепляющих инженерных сооружений для предотвращения её обрушения. Также был выполнен расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону рассматриваемого водохранилища в соответствии с ОДМ 218.2.078 - 2016 «Методическими рекомендациями по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования» [11]. Высота наката ветровой волны ℎн на откос достигнет 0,7 м. Соответственно, по результатам проведения данного расчета и определения параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону, можно сделать вывод, что от уровня НПУ=208 м рассматриваемого водохранилища на высоту 0,7 м возможно поднятие уровня воды в теле береговой зоны при возникновении ветровых волн. Следовательно, увеличатся объемы затопления прилегающих к водохранилищу территорий, и в ещё большей степени будет подвержена обрушению часть данного рассматриваемого откоса. В качестве предлагаемых мероприятий были рассмотрены два берегозащитных устройства из патента Ю.И. Никляева «Устройство для защиты береговых территорий от разрушения в условиях переменного уровня воды в водоеме» и патента О.М. Преснова, Н.Ю. Стороженко «Противооползневое сооружение». Данные конструкции были усовершенствованы, доработаны и применены к защищаемой береговой зоне с указанием всех рекомендаций по установке на рассматриваемой территории. Результаты проделанной работы показывают выполнение всех поставленных целей и задач, а также позволяют оценить и спрогнозировать устойчивость рассматриваемого берегового откоса водохранилища и применить укрепляющие защитные мероприятия на данной территории для предотвращения его обрушения. 55

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Балацкая Н.В., Шалгинова Л.Т. Экология промышленных накопителей. Расчет устойчивости. Методические указания для выполнения лабораторных и практических работ: методические указания/ Балацкая Н.В., Шалгинова Л.Т. – Красноярск: КГТУ, 2005. – 18 с. 2. Владимиров А.М., Орлов В.Г. Охрана и мониторинг поверхностных вод суши: учебное пособие/ Владимиров А.М., Орлов В.Г. - Санкт-Петербург: РГГМУ, 2009. – 220 с. 3. Водохранилища и их воздействия на окружающую среду [Электронный ресурс]: многопредмет. науч. журн./Перм. госуд. нац.-иссл. ун-т. – Электрон. журн. – Пермь: ПГНИУ, 2007. – Режим доступа: https://revolution.allbest.ru/geology/00832431_0.html 4. Водохранилища, их классификация и характеристики [Электронный ресурс]: многопредмет. науч. журн./Перм. госуд. нац.-иссл. ун-т. – Электрон. журн. – Пермь: ПГНИУ, 2007. – Режим доступа: https://helpiks.org/6-39388.html 5. Водохранилища мира. Классификация и типы водохранилищ [Электронный ресурс]: науч. статья/ Фортунатов М.А., Авакян А.Б., Шарапов В.А., Салтанкин В.П., Корнилов Б.А., Мусатов А.П., Овчинникова С.П., Эйнор Л.О., Эльпинер Л.И., Яковлева В.Б. - Москва, 1979. – Режим доступа: http://www.geogcentury.ru/gecents-313-1.html 6. ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения. - Введ. 31.10.1973. – Москва : Госуд. станд. союза ССР, 1973. – 22 с. 7. Кузнецов Г.И. Геоэкология. Защита окружающей среды: учебное пособие/Кузнецов Г.И., Балацкая Н.В. – Красноярск: СФУ, 2007. – 129 с. 8. Кузнецов Г.И., Балацкая Н.В., Гончаров Ю.М. Основы природоохранной гидротехники: учебное пособие/Кузнецов Г.И., Балацкая Н.В., Гончаров Ю.М. – Красноярск: СФУ, 2011. – 316 с. 9. Михайлов В.Н. Гидрология: учебник для вузов/Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. – 2-е изд. испр. – Москва: Высшая школа, 2007. – 463 с. 10. Недрига В.П. Гидротехнические Сооружения - Справочник проектировщика. /Г. Железняков, Ю. Ибадзаде, П. Иванов, и др. под общ. ред. В. П. Недриги. - Москва, Стройиздат, 1983. – 543 с. 11. Отраслевой дорожный методический документ (ОДМ) 218.2.078 – 2016 Методические рекомендации по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования. – Взамен Серии 3.503.9-78; введ. 05.10.2016. – Москва: Росавтодор, 2016. – 251 с. 12. Пат. 2291932 С1 Российская Федерация, МПК7 Е02В 3/06, Е02В 3/12. Устройство для защиты береговых территорий от рузрушения в условиях переменного уровня воды в водоеме/Ю.И. Никляев; заявитель и патентообладатель Ю.И. Никляев. - №2005112346/03;заявл. 25.04.2005; опубл. 20.01.2007, Бюл. №2. – 14 с. 56

13. Пат. 2654106 С1 Российская Федерация, МПК7 Е01F 7/04, Е01F 7/04. Противооползневое сооружение/О.М. Преснов, Н.Ю. Стороженко; заявитель и патентообладатель СФУ. - №0002654106;заявл. 28.08.2017; опубл. 16.05.2018, Бюл. №14. – 2 с. 14. Приказ Минприроды РФ от 26.01.2011 №17 «Об утверждении Методических указаний по разработке правил использования водохранилищ» (Зарегистрировано в Минюсте РФ 04.05.2011 № 20655) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_113871/ 15. Савичев О.Г. Регулирование речного стока: учебное пособие/ Савичев О.Г., Краснощеков С.Ю., Наливайко Н.Г. – Томск: ТПУ, 2009. – 114 с. 16. Соболь С.В. Водохранилища в области вечной мерзлоты: монография/Соболь С.В. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2007. – 432 с. 17. СП 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82. – Введ. 01.01.2013. – Москва: Минрегион России, 2012. – 116 с. 18. СТО 7.5–01–2018. Стандарт организации «Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности». – Введ. 07.11.2018. Красноярск: ИПК СФУ, 2018. – 60 с. 57

ПРИЛОЖЕНИЕ А Исходные данные к численному моделированию расчета устойчивости береговой зоны водохранилища 23 4 0.0250 2 1.25 10 1 2 3 4 5 6 7 8 15 9 6 18 19 20 21 22 23 00.00 39.60 15.10 38.60 26.40 36.00 40.00 33.30 45.20 32.00 48.00 24.00 53.50 22.00 70.80 17.20 76.90 14.00 00.00 30.80 14.70 33.40 34.80 32.00 45.40 31.30 53.50 18.40 72.00 14.90 0.00 0.00 76.90 0.00 0.00 34.60 16.00 32.30 26.00 30.90 37.50 29.00 47.00 28.00 79.90 28.00 3 10 11 3 1.40 1.33 0.31 0.27 0.25 0.20 0.65 0.65 1.00 3 3 12 13 1.62 1.21 0.53 0.49 0.27 0.20 0.35 0.35 1.00 3 6 14 15 1.62 1.21 0.53 0.49 0.27 0.20 0.35 0.35 1.00 2 16 17 1.50 1.23 0.27 0.23 0.35 0.30 0.50 0.50 1.00 1 5 9 40.00 33.30 42.00 30.00 46.70 24.00 58

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты численного моделирования расчета устойчивости береговой зоны водохранилища 1 ПРОГРАММА УСТОЙ1: КАЗМЕХАНОБР-СИБФИЛИАЛ ВНИИГ:ВЕРСИЯ 2 OT 04.03.92;22XЛИСТ- 3 0 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА. 0┴юуєўрэёъюх тюфюїЁрэшыш∙х 0ИСХОДНЫЕ КРИВЫЕ ПРИНЯТЫ ПО ЗАДАНИЮ. 0ПОИСК МИНИМУМА ВЕДЕТСЯ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ НОМЕР 1 0----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: КООРДИНАТЫ : КООРДИНАТЫ ТОЧЕК ВЫХОДА : КОЭФФИЦИЕНТЫ : : ЦЕНТРА КРИВОЙ : КРИВОЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ : ЗАПАС УСТОЙЧИВОСТИ : :---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: : : : : : : : : БЕЗ УЧЕТА СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ : С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ : : : : : : : : :-----------------------------------:-----------------------------------: : : : : : : : : МЕТОД MOMEHTOB : МЕТОД ГОРИЗ. СИЛ : МЕТОД MOMEHTOB : МЕТОД ГОРИЗ. СИЛ : : X : Y : R : X : Y : X : Y :-----------------:-----------------:-----------------:-----------------: : : : : : : : :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- : : : : : : : : :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ : : : : : : : : :ТЕР- :ВЕС. :БОК. :ТЕР- :ВЕС. :БОК. :ТЕР- :ВЕС. :БОК. :ТЕР- :ВЕС. :БОК. : : : : : : : : :ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.:ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.:ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.:ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: 47.68: 35.70: 8.04: 40.00: 33.30: 46.70: 27.71: .462: .562: .573: .444: .533: .538: .426: .521: .531: .408: .491: .495: : 50.86: 33.15: 9.61: 41.26: 32.99: 48.31: 23.89: .037: .152: .103:-.020: .071: .006: .024: .134: .087:-.028: .058:-.004: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------0КОЛИЧЕСТВО РАССЧИТАННЫХ КРИВЫХ57 59

1 ПРОГРАММА УСТОЙ1: КАЗМЕХАНОБР-СИБФИЛИАЛ ВНИИГ:ВЕРСИЯ 2 OT 04.03.92;22XЛИСТ- 4 0 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА. 0┴юуєўрэёъюх тюфюїЁрэшыш∙х 0ИСХОДНЫЕ КРИВЫЕ НАЙДЕНЫ АВТОМАТИЧЕСКИ. 0ПОИСК МИНИМУМА ВЕДЕТСЯ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ НОМЕР 1 0----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: КООРДИНАТЫ : КООРДИНАТЫ ТОЧЕК ВЫХОДА : КОЭФФИЦИЕНТЫ : : ЦЕНТРА КРИВОЙ : КРИВОЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ : ЗАПАС УСТОЙЧИВОСТИ : :---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: : : : : : : : : БЕЗ УЧЕТА СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ : С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ : : : : : : : : :-----------------------------------:-----------------------------------: : : : : : : : : МЕТОД MOMEHTOB : МЕТОД ГОРИЗ. СИЛ : МЕТОД MOMEHTOB : МЕТОД ГОРИЗ. СИЛ : : X : Y : R : X : Y : X : Y :-----------------:-----------------:-----------------:-----------------: : : : : : : : :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- :СПО- : : : : : : : : :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ :СОБ : : : : : : : : :ТЕР- :ВЕС. :БОК. :ТЕР- :ВЕС. :БОК. :ТЕР- :ВЕС. :БОК. :ТЕР- :ВЕС. :БОК. : : : : : : : : :ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.:ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.:ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.:ЦАГИ :ДАВЛ.:ДАВЛ.: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: 60.33: 32.32: 15.13: 45.20: 32.00: 66.34: 18.44:1.155:2.063:1.308:1.365:2.491:1.409: .645:1.184: .735: .639:1.199: .661: : 57.83: 35.42: 19.00: 38.93: 33.51: 66.34: 18.44: .001: .181: .024: .006: .170: .013:-.012: .147: .009:-.005: .136: .001: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: 62.13: 23.77: 10.64: 51.54: 22.71: 70.56: 17.27:1.347:3.621:1.347:1.168:2.795:1.168: .539:1.503: .539: .497:1.207: .497: : 60.01: 24.05: 12.01: 48.00: 24.00: 70.02: 17.42:1.060:2.700:1.060: .874:2.116: .874: .473:1.233: .473: .404: .989: .404: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: 65.64: 37.73: 26.21: 39.80: 33.34: 76.80: 14.02: .050: .299: .077: .092: .337: .102: .021: .220: .043: .052: .237: .059: : 62.46: 37.87: 25.41: 37.38: 33.82: 72.94: 14.73: .001: .189: .020: .012: .183: .019:-.014: .144: .002:-.003: .136: .002: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: 63.16: 44.98: 33.83: 30.80: 35.13: 76.80: 14.02: .021: .173: .042: .013: .146: .023: .004: .134: .022:-.001: .111: .008: : 61.01: 48.34: 36.59: 26.58: 35.96: 74.69: 14.41: .015: .144: .030: .008: .119: .015: .000: .112: .013:-.004: .091: .002: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------0КОЛИЧЕСТВО РАССЧИТАННЫХ КРИВЫХ- 228 1 60

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

Рецензия от Алена Орлова

В данной работе были рассмотрены общие сведения о водохранилищах, основные проблемы, возникающие на этапе создания водохранилища при затоплении территорий и основные характеристики района расположения рассматриваемого водохранилища.

больше 3 лет назад

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв