Обзор 4. Особенности функционирования водохранилищ в зоне вечной мерзлоты изложены также в Отчете «Проблемы гидротехнического строительства в криолитозоне: особенности, криогенн...

Гидротехническое строительство ГЭС в криолитозоне всегда выполняется в уникально сложных инженерно-геокриологических условиях. Определяющим фактором инженерно-геокриологических условий являются наличие в основаниях сооружений гидроузла и боковых примыканиях плотины слабопрочных пород, нарушенных оползневыми процессами, мерзлых в бортах долины и талых под руслом. Эти породы в различной степени засолены и подстилаются мощной толщей образований, насыщенных минерализованными водами, криопэгами, гидравлически связанными с уровнем перекрываемой плотиной реки. Достижение границы оттаивания пород оползневых зон скольжения может приводить к обрушению от нескольких до десятков тысяч кубометров неустойчивых масс.

Оползневые структуры могут прослеживаться на десятки километров от створа плотины и до 1-3 км вглубь склонов. В оползневых телах обычно отмечаются многочисленные трещины, среди которых особую группу представляют гравитационные трещины отрыва, трещины отседания, которые формируются в мерзлом массиве предположительно и в наше время. Трещины могут сообщаться между собой. При этом поднятие уровня водохранилища сопровождается оттаиванием и выносом заполнителя из крупных трещин с возможной сосредоточенной фильтрацией вод в обход сооружений.

Повышение напора при создании водохранилища в некоторых случаях может привести к внедрению рассолов в вышележащие массивы по ослабленным участкам, растворению природного льда и, соответственно, деградации мерзлых толщ, активизации оползневых процессов, водообмена между подземными водами и водохранилищем. Эти процессы могут носить катастрофический характер. Достаточно сказать, что коэффициенты фильтрации оползневых блоков при их оттаивании оцениваются Ленгидропроектом в 50-100 м/сутки, а коэффициент фильтрации пород с зияющими трещинами в тысячи метров. В других случаях напор водной массы водохранилища может полностью или в большей части подавить разгрузку в акваторию минерализованных подземных вод, изменяя, таким образом, гидрохимическую составляющую экологических условий в позитивную сторону.

При наполнении водохранилищ криолитозоны к развивающимся в естественных условиях экзогенным (в том числе криогенным) процессам добавляется такой мощный фактор переработки берегов, как термоабразия, которая, в свою очередь, вызывает усиление активности развития комплекса склоновых процессов (оползней, отседаний склонов, солифлюкция) и термокарста. В пределах распространения льдистых рыхлых отложений, кроме тепловых деструктивных процессов, будут активно развиваться такие процессы как криосолифлюкция, протаивание и осадка затапливаемых рыхлых мерзлых отложений, оттаивание многолетнемерзлых пород в бортах водохранилища и соответствующее распространение талика за пределы его акватории, что инициирует целый комплекс процессов, среди которых, по-видимому, наиболее активно будут развиваться крупные оползни.

Предполагается, что в течение 20 лет эксплуатации водохранилища в области распространения ледового комплекса скорость разрушения берегов со временем не только не затухает, но увеличивается от 4-5 до 10-12 м/год. Это вызвано, в основном, усилением тепловой просадки подводного склона с течением времени и, как следствие, постепенным возрастанием энергии воздействующего на берега волнения.

В случае сопряженной активизации техногенных и естественных факторов в условиях потепления климата (средние летние температуры воздуха могут превысить “норму” на 2-3 °C) деструктивные криогенные процессы в районе инженерно-технических сооружений будут развиваться катастрофически, особенно при механическом поражении изолирующего слоя на 50% и более [Разумов, 2006]. Скорость криогенных деформаций может в этом случае достигать 10-20 м/год и более в зависимости от макрольдистости отложений.

Изменения термического режима (порядка нескольких градусов) ввиду зарегулирования рек в наибольшей степени проявляется в летние и зимние месяцы, и могут привести к сокращению сроков ледостава в бассейне от нескольких дней до нескольких месяцев. Аномальные развития русловых деформаций на участке нижнего бьефа при зарегулировании стока будут связаны в основном с изменениями в гидродинамическом режиме реки и, как уже говорилось, эрозионная составляющая процессов переформирования русла и берегов уменьшится. Возможны возрастания интенсивности аккумулятивных процессов вдоль берегов с формированием современных многолетнемерзлых пород, а также развития русловой аккумуляции наносов и связанные с этим изменения судоходных фарватеров.

Проблемы гидротехнического строительства в криолитозоне: особенности, криогенные процессы, мониторинг, прогнозирование (отчет о результатах научных исследований) (6.04 Mb)